雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，简称APD)作为微弱光信号的勘探器材，具有量子功率高、呼应速度快、灵敏度高、线性规模广等长处，尤其是其内部雪崩倍增效应可将信号倍增上百倍，且倍增后的噪声仅与运放本底噪声水平适当，大大提高了体系的信噪比，因此被广泛使用于激光测距、精细检测、光纤传感及光纤通信网络等范畴。本文规划了依据TPS40210的高压偏置电路，一起以AD590温度传感器对该电路进行主动温度补偿。试验成果表明，在不同温度下，该电路能依据APD温度特性主动改动偏置电压的巨细，然后完成APD的增益安稳。
1 偏压及温度对APD增益的影响
APD作业时需求一个较高的反向偏置电压，其内部增益巨细与偏置电压正相关。AD500—8为Silicon Sensor公司一款典型的APD，其内部增益GAIN由偏置电压UR跟击穿电压UBR的比值k(k1)决议，k越大，增益越大，如图1所示。
APD的击穿电压UBR受环境温度的影响。当环境温度改动引起UBR改动时，为了坚持增益安稳，需求对偏置电压UR进行调整。设温度T0时APD击穿电压为UBR，温度系数为α，当温度改动至T时，为了使增益安稳在k处，则偏置电压UR应满意：
UB=k[UBR0+α(T-T0)] (1)
2 电路规划
2.1 TPS40210简介
TPS40210是TI公司推出的一款具有4.5～52 V宽输入规模的电流型异步DC/DC升压操控器，通过外接N—MOSFET功率管可完成包含升压、反激、SEP%&&&&&%拓扑及LED驱动等多种规划，最高输出电压可达260 V。
TPS40210具有可编程软启动、振动频率可调、内部斜坡补偿、过流维护及低电流禁用等特色。一起，芯片选用3 mm×3 mm的DRC贴片封装，加上外围电路简略，利于便携式、小型化设备的使用。其原理框图如图2所示。
DIS/*EN操控芯片功用的制止或使能;RC通过外接电阻到VDD、电容到GND(或许外部时钟)来装备GDRV的输出频率(即外接N—MOSFET的开关频率);FB为内部差错放大器反相输入端，输出电压经电阻分压反应至此端与内部基准电压VFB(700 mV)比较，可设置输出电压;COMP为差错放大器输出端，与FB之直接补偿操控网络;SS外接一个电容到地用于调理软启动时刻兼过流放电：ISNS外接电阻进行电流监测，成果反应内部斜坡补偿电路，一起兼过流维护效果，当ISNS端电压超越限流阈值电压VISNS(OC)(150 mV)时，操控器进入限流状况，一起SS端外接电容通过内部电阻放电;BP引脚为内部LDO输出端，外接%&&&&&%到GND。
2.2 高压偏置电路
依据TPS40210的高压偏置电路如图3所示，其作业原理为：R1和G1决议N—MOSFET管Q1的开关频率;L1、Q1、D1与Cp1组成反激式直流开关电源拓扑结构，输出高压HV;R7为Q1源极电流采样电阻，采样成果经R6与C6滤波后用于电流回路操控和过电流维护;C5与R8用于滤除高频毛刺;C7、C8和R9构成滤波补偿操控网络，减小纹波;L2、C9、C10构成π型滤波网络，进一步减小输出纹波;电阻R2、R3、R4构成分压反应，用于调理输出电压巨细。
TPS40210输出频率占空比最大为95%，占空比D与输出电压HV与输入电压VIN之间的联系为：
其间，VD为D1两头正向压降，IOUT为输出电流，fSW为开关频率。依据最大输出高压值HVMAX可由式(2)估量输入电压VIN的最小值，一般情况下取D92%。
TPS40210内部基准电压VFB规模为686-714mV，典型值为700mV。在电路正常作业时，输出电压HV与VFB的联系如下。
式中VFB为常重，调理R4可得必定规模改动的偏置电压。分压反应电阻应合理挑选：
1)R4为零时，HV取最大值，且最大值受式(2)束缚;
2)为了坚持功耗和噪声之间的平衡，三个电阻之和在50～200 kΩ为宜。
2.3 温度补偿电路
AD590是一款电流输出型集成温度传感器，具有精度高、线性度好、灵敏度高、体积小、输出阻抗高级特色，因此被广泛使用于测温操控、温度补偿等范畴。其原理是输出电流随温度一起同量改动，以绝对零度(-273℃)为基准，每添加1℃，输出电流添加1μA。
主动温度补偿APD偏置电路如图4所示，原理如下：在温度T0下调理R20，使v3=0，即v1=v2，一起调理R4使HV为方针值(kUBRO)，此刻v4= v5=VFB。当温度升高时，v1增大，v2增大，故v5减小，反应电压低于VFB，此刻TPS40210调理输出占空比使HV升高，使v4增大，然后v5增大，保持反应电压与芯片内部基准电压VFB持平;同理，当温度下降时，HV下降，然后完成了偏置电压HV的主动温度补偿。
依据图4，电路安稳作业后，有如下联系：
式中，σ为AD590的灵敏度且σ=1μA/K，T为热力学温度，v2为比较电压，v2=R10σT0，T0界说见式(1)。若令(R3+R4)/(R2+R3+R4)=β，R14/R13=R12/R11=γ，R16/R15=R18/R17=1，化简方程组可得联系如下：
3 参数规划与测验成果
试验中参阅TPS40210芯片手册，依据功率、功耗与噪声的均衡考虑，对图3电路进行测验，相关参数如表1所示。
当输入电压18 V，输出电压130 V时，TPS40210操控器GDRV端的输出信号如图5所示，其幅值约8 V，占空比D=86.3%。
图6展现了输出电压的沟通信号波形。HV(AC)为未滤波的输出纹波，纹波中掺杂着功率管的开关频率搅扰，约140mVP-P，通过LC滤波网络后，输出纹波Vout(AC)小于20 mVP-P。
一款AD500—8型APD在22℃时击穿电压为130 V，温度系数α0.45 V/℃。为取得较大倍增系数M，依据图1挑选k=0.95(M≈100)，则由(1)式可得：
UR=123.5+0.428(T-T0) (11)
工业环境温度规模一般为-40～85℃，则偏置电压UR规模是97～150 V，表1参数规划满意此要求。使用该APD对图4温度补偿电路进行测验，其间TPS40210芯片外围根本电路参数按照表1设置。温度采样电阻R10=1kΩ，T0=295 K，UBR0=130 V，VFB=700 mV，由(10)得γ≈2.4。温度补偿网络参数规划如下：
1)R12=R14=24 kΩ，R11=R13=10 kΩ，R15=R16=R17=R18=10 kΩ;
2)调理R20，使v2=R10·σT0=295 mV;
3)在T0时，调理R4，使HV=kUBR0。
在不同温度下进行测验，成果表明电路输出偏置电压可以随温度主动改动，且偏压与温度近似呈线性联系，相联系数约0.42V/℃，与式(11)的理论值比较相对差错小于2%，满意APD对温度补偿的要求。
4 结束语
依据TPS40210的高压偏置电路最高输出电压可达260 V，且输出纹波通过滤波后小于20 mVP-P，满意大多数APD器材对偏置电压的要求。一起该芯片体积小、外围电路简略，可用于手持式激光测距仪等小型化设备。
规划的温度补偿电路可以依据环境温度主动调理输出偏置电压的巨细，使APD作业于安稳增益状况。将该电路使用于试验室相位式激光测距原理样机，有用下降了温度列APD的影响，使非协作方针测距精度在0～7 m内优于±3 mm。
