將光電二極管與兩個(gè)運(yùn)算放大器和一個(gè)比較器(圖1)組合在一起,形成一個(gè)數(shù)據(jù)速率為800kbps的光纖接收器。小型封裝(運(yùn)算放大器采用 5 引腳 SOT23,比較器采用 8 引腳 μMAX)可最大限度地減小印刷電路板或混合基板上所需的空間。
圖1.這兩個(gè)運(yùn)算放大器和該比較器構(gòu)成一個(gè)微型光電二極管接收器,數(shù)據(jù)速率高達(dá)800kbps。
光電二極管在光導(dǎo)模式下工作,在IC1處產(chǎn)生信號(hào)電壓,其跨阻增益等于R2(本例中為4700Ω)。運(yùn)算放大器(IC1和IC2)配置為同相放大器,每個(gè)放大器的增益約為25V/V;因此,電路的總跨阻增益略低于3MΩ:4700Ω×25×25 = 2.99MΩ。運(yùn)算放大器的增益帶寬能力將最大實(shí)際數(shù)據(jù)速率設(shè)置為800kbps。
IC1和IC2之間的電容耦合抵消了IC1失調(diào)電壓的放大。為了實(shí)現(xiàn)最佳的信號(hào)幅度和對(duì)稱性,R6/R11分壓器將IC2的基準(zhǔn)電壓設(shè)置為2.5V。R12/R13分壓器將比較器的基準(zhǔn)電壓源設(shè)置得更高(2.6V),為系統(tǒng)提供噪聲容限,并確保比較器輸出在“無信號(hào)”條件下保持低電平。
電容耦合不能維持直流信號(hào);相反,它允許信號(hào)的直流部分向參考電平“松弛”,如圖2所示。這種效應(yīng)對(duì)于長時(shí)間安靜后出現(xiàn)的信號(hào)尤其明顯,它直接受到R7C3時(shí)間常數(shù)的影響。R7C3應(yīng)盡可能大,以最小化松弛效應(yīng),但R7應(yīng)保持約10kΩ(通過匹配反相輸入源電阻來最小化失調(diào)電壓)。當(dāng)比較器的輸入低于基準(zhǔn)電平時(shí),比較器無法切換,因此過分的松弛會(huì)導(dǎo)致一長串 1 或 0 結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)丟失(圖 3)
圖2.圖1的耦合電容(C3)導(dǎo)致IC2輸出端和同相輸入端的波形出現(xiàn)“信號(hào)松弛”。
圖3.該波形(來自圖1的IC2輸出)表明信號(hào)松弛會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。(當(dāng)波形超過其參考電平時(shí),比較器輸出變?yōu)榈碗娖健?/strong>
同樣,對(duì)于邏輯低電平無信號(hào)輸出,IC3基準(zhǔn)電壓源應(yīng)略高于IC2基準(zhǔn)電壓源(否則,將IC3基準(zhǔn)電壓源調(diào)低)。這個(gè) ΔV裁判提供可通過R12/R13分壓器調(diào)節(jié)的系統(tǒng)噪聲容限,但請(qǐng)注意權(quán)衡:ΔV裁判過低會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的輸出轉(zhuǎn)換,過高會(huì)降低接收信號(hào)的時(shí)序。設(shè)置δv裁判盡可能低而不會(huì)引起錯(cuò)誤的轉(zhuǎn)換,從而考慮IC2和IC3中的失調(diào)電壓。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于5V工作電壓,但數(shù)據(jù)速率略有下降,可在3.3V甚至3V下工作。降低電源電壓會(huì)增加光電二極管的內(nèi)部電容(與施加的偏置電壓成反比),從而形成一個(gè)與R2的低通極點(diǎn),從而限制光電二極管的頻率響應(yīng)。在較小程度上,較低的電源電壓也會(huì)通過在放大器中產(chǎn)生較小的增益帶寬乘積來限制響應(yīng)。該電路設(shè)計(jì)為僅通過一次調(diào)整即可適應(yīng)電源電壓的變化:ΔV裁判隨電源電壓而變化,因此必須根據(jù)需要調(diào)整R12/R13分壓器,以重新建立所需的噪聲容限。
審核編輯:郭婷
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