产品推荐:水表|流量计|压力变送器|热电偶|液位计|冷热冲击试验箱|水质分析|光谱仪|试验机|试验箱

全网搜索
2023版仪器仪表采购宝典电子书

仪表网>技术中心>应用设计>正文

欢迎联系我

有什么可以帮您? 在线咨询

经典AV三级在线观看 基于DS3501的APD偏压温度补偿电路设计

   2012年05月24日 16:42  
  摘要:介绍了DS3501的工作原理,针对APD偏置电压需要进行温度补偿的耍求,设计了一种高精度、宽动态范目的APD偏压自动补偿电路。经实验测试,APD偏压相对误差小于0.25%。将该补偿电路应用于荧光法溶解氧测量系统中,显著提高了系统测量精度,测量结果相对误差小于1%。
  
  雪崩光电二极管(APD)具有很高的灵敏度和内部增益,可大大提高探测系统的探测灵敏度和信噪比。因而在微弱光电信号测量系统中得到了广泛应用。但同时它也有一个很大的缺点,即增益随温度变化,因而应用时需做偏压温度补偿,以保证APD的增益恒定。但现有的补偿方法中。或需要微处理器进行控制,或电路设计比较复杂。由此,文中提出了一种基于DS3501的APD偏压温度补偿电路,可以自动实现APD偏压补偿,无需微处理器控制,简化了电路设计。
  
  1、温度对APD增益的影响及补偿方法
  
  SILICON-SENSOR公司AD系列APD的增益Gain由偏置电压UR与UBR的比值k决定,k越大,增益越大。但是,APD的击穿电压UBR受温度影响,温度系数为0.45V/℃,在偏置电压UR不变的情况下,UBR随温度发生变化,导致出现波动,如图1所示。APD增益的变化将直接影响到光信号的测量,导致测量值出现较大误差。
  
  由以上分析可知,当温度发生变化从而引起击穿电压UBR变化时,需调整偏置电压UR,使保持不变,以保证APD增益Gain恒定。假设温度时,APD击穿电压为UBRO,偏置电压为URO,可得偏压计算公式:
  
  UR=k(UBRO+0.45(T-T0))(1)
  
  以此公式为基础,设计APD偏压温度补偿电路。
  
  2、DS3501工作原理
  
  DS3501是一款7位、非易失(NV)数字电位器,端到端电阻为10kΩ,可通过I2C接口对其进行编程设置。内置温度传感器和对应的模/数转换器(ADC),温度传感器带有一个36字节的NV查找表(LUT),以存储不同温度下对应的输出阻值,每4℃的温度区间对应一个阻值,覆盖温度范围-40~+100℃。
  
  DS3501原理框图如图2所示。芯片具有3种工作模式:Default模式,LUT模式和LUTAdder模式。Default模式zui简单,抽头位置直接由控制器通过I2C总线控制;LUT模式和LUTAdder模式都是通过LUT查找表控制抽头位置,二者的区别在于:LUTAdder模式中,抽头寄存器WR中的值等于LUT查找表的输出值加上初始值寄存器IVR中的值,而LUT模式中则不加IVR中的值。以上3种模式中,系统上电时,抽头寄存器WR默认读取初始值寄存器IVR中的值作为初始值。
  
  本设计通过配置相关寄存器使DS3501工作于LUT模式,电位器的抽头位置直接由LUT的输出控制。如图2所示,芯片以周期TFRAME查询温度传感器的输出,将ADC转化后的温度值存贮于温度寄存器(0Ch),根据此温度确定一个地址值并存储于LUT地址寄存器LUTAR(08h),读取LUT查找表中对应地址内的阻值并存入抽头寄存器WB(09h),实现抽头位置的自动调整。这一特性使得仅通过此芯片就可以完成对APD的偏压温度补偿,而不用借助微处理器进行计算和控制,简化了电路设计。其中,LUT查找表中的存储的阻值由APD的性能参数及环境温度决定。同时,温度值还可通过I2C总线由主机读取。
  
  3、偏压温度补偿电路设计
  
  3.1电路设计原理
  
  偏压温度补偿电路如图3所示,将DS3501的RH、RL和RW在外部连接成分压器形式,RW端电压可方便地通过下式计算:
  
  因此,通过改变寄存器WR中的值,就可以获得不同的偏置电压。
  
  3.2电路参数设计
  
  参数设计需要满足以下两点要求:
  
  1)为保证偏压温度补偿的精度,必须有△VEW<△Vadj,即相邻两档电阻对应的VRW的变化值小于Vadj的zui小变化值;
  
  2)工业环境温度一般为-40~-+85℃,因此该电路必须能在-4O~+85℃范围内进行APD偏压温度补偿。
  
  查APD手册得:22℃时,APD击穿电压UR=153V,为了保证APD工作在较大的放大倍数,同时受温度影响又相对较小,取偏置电压UR=122.4V,即k=0.8。
  
  由(1)、(3)式得:
  
  △VRW<0.018=0.0045△T(5)
  
  因为DS3501每4℃温度区间对应一个阻值,因此△T=4,故Vadj=0.018。
  
  因此需要有:
  
  △VRW<0.018(6)
  
  同时,在-40~+85℃范围内,由(1)、(3)式得:
  
  1.251<Vadj<1.8135(7)
  
  电路参数设计必须满足(6)、(7)式所示条件。
  
  取VADD=12V,R1=100k,R2=10k,得△VRW=0.0079,1.000<Vadj<2.000,满足(6)、(7)式。根据确定的参数,由(1)、(4)式得:
  
  WR=54.737+0.57157(8)
  
  由(8)式计算出不同温度下对应的WR的值,并转换成十六进制,通过I2C总线写入DS3501的查找表LUT对应地址中。芯片就可以根据温度传感器的温度控制抽头位置,进而实现偏压的控制。
  
  4、测试结果
  
  根据电路选取的参数,由(4)、(8)式得:
  
  UR=114.48+0.36T(9)
  
  根据(9)式可以计算得到某温度下偏置电压UR的理论值。
  
  为了测试电路的补偿效果,在不同的温度下测量一组偏置电压UR,将其与理论值进行相关性分析,相关系数为0.99967,斜率为1.00248,标准偏羞为0.00664,具有较好的一致性,如表1及图4所示。
  
  5、应用
  
  将该温度补偿电路应用于荧光法溶解氧测量仪,在一组不同温度下,分别用APD偏压补偿前和补偿后的测量仪测量同一浓度的溶解氧(8.15mg/L),测量结果如表2及图5所示,补偿前测量值zui大相对误差为4.17%,标准偏差为0.1606,补偿后测量zui大相对误差为0.98%,标准偏差为0.0388,可见,仪器性能指标得到了较大的提升,且具有较好的度及稳定性。
  
  6、结束语
  
  通过实验测试可见,本文设计的基于DS3501的APD偏压温度补偿电路,能够根据环境温度准确自动补偿APD偏置电压,较好的满足了溶解氧测量系统对APD测量精度的要求,具有优良的性能和很好的实用性。

免责声明

  • 凡本网注明“来源:仪表网”的所有作品,均为浙江兴旺宝明通网络有限公司-仪表网合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明“来源:仪表网”。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
  • 本网转载并注明自其它来源(非仪表网)的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或和对其真实性负责,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品第一来源,并自负版权等法律责任。
  • 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
仪表网-仪器仪表行业“互联网+”服务平台
浙公网安备 33010602001308号
网械平台备案证:(浙) 网械平台备字[2020]第00008号
ICP备案号:浙B2-20100369-24
  • 网上标识信息
  • 营业执照(副本)
  • 经营性网站备案信息
  • 行业网站百强奖状
  • 不良信息举报信息
联系我们

客服热线: 13199863987

加盟热线: 13199863987

媒体合作: 0571-87759945

投诉热线: 0571-87759942

关注我们
  • 下载仪表站APP

  • Ybzhan手机版

  • Ybzhan公众号

  • Ybzhan小程序

企业未开通此功能
详询客服 : 0571-87759942