重庆大学光电工程学院 吴伟，邹建

1 引言

目前，雪崩光电二极管(APD)作为一种高灵敏、能精确接收数据和测量光功率的光探测器件广泛应用于光纤传感、光纤通信网络中。它借助于内部强电场作用产生雪崩倍增效应，具有极高的内部增益(可达102～104量级)。然而，APD随温漂的变化严重影响其增益的稳定性．甚至引起测量精度的恶化。理论上可以证明APD的增益是其偏压V和温度T的函数，二者共同决定APD工作时的增益，而且在维持APD增益比较恒定的条件下，其偏压和温度之间存在一定的关系。因此。可以控制APD的偏压使之随温度按一定的规律改变。这样就可以维持APD增益基本恒定，保证其正常工作。这就是对APD温度漂移的偏压补偿原理。

由此可知．施加在APD上的偏置电压必须能够精确受控是保证光纤系统性能的首要要求。本文针对该要求。采用ADL5317器件。给出了一种具有高精度、宽动态范围的APD偏压控制／光功率监测功能的核心电路。

2 引脚排列及功能

ADL5317是ADI公司率先在业界推出的一款片上集成雪崩光电二极管(APD)偏置电压控制和光电流监测功能的器件。

ADL5317的主要特性如下：

通过3 V线性偏置控制电路，在6 V～75 V范围内精确设置雪崩二极管(APD)偏置电压；

在106范围(5 nA一5 mA)内以5：1的比率监测光电流，其线性误差仅为0．5％；

允许使用固定的高电压转换电路，降低传统APD偏置设计中对电源解耦和低通滤波的要求；

过流保护和过热保护。

ADL5317采用3 mm*3 mm的16引脚LFCSP封装，其引脚排列如图1所示。各引脚功能描述如表1所列。

3 内部结构及工作原理

ADL5317的内部结构如图2所示。其内部包括电流监测电路、偏置控制电路、GARD电路、VCLH电路、过流和过热保护电路。

3．1 电流监测电路

ADL5317的核心部分是一个具有电压跟随性质的精密电流衰减电路，为监测电路输入端提供精确偏置。该电路采用了结型场效应管输入形式的放大器．驱动监测电路的两极，同时保持VAPD端电压的稳定度及非常低的漏电流。该监测电路将流经VAPD端的光电流衰减至其1／5，然后传送至APD光电流监测输出端(IPDM)。在APD偏置电压范围内，监测电流与APD光电流之间都保持极高的线性度。

3．2偏置控制电路

VAPD端与VSET端通过一个运算放大器相连，在线性工作模式下，两者电压之间存在一个简单的关系：

同时VAPD端电压调节范围与高电压电源端VPHV之间存在以下关系：

3．3 GARD电路

GARD电路主要用来屏蔽VAPD线路不受漏电流的影响，以及滤除偏置控制电路的噪声。GARD电路由VSET端运算放大器通过一个20 k欧姆的电阻进行驱动。该电阻与GARD端外接电容构成RC网络，用于滤除运算放大器反馈网络的热噪声。

GARD电路的噪声和小信号的截止频率定义如下：

其中：f3dB是