電路功能與優(yōu)勢(shì)

本電路提供一種用于LED的低噪聲、單電源電流驅(qū)動(dòng)器。所選的每個(gè)器件均采用3.0 V單電源供電，同時(shí)保持極低的峰峰值噪聲。該信號(hào)鏈針對(duì)低功耗、低噪聲光通信和醫(yī)療應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

在典型的脈搏血氧儀應(yīng)用中，LED接收到脈沖信號(hào)后，從高電流電平（如3/4量程）變?yōu)榈碗娏麟娖剑ㄈ?/4量程）。這些脈沖的“導(dǎo)通”時(shí)間通常只有數(shù)百微秒。 “導(dǎo)通”期間疊加于LED亮度水平上的峰峰值1/f噪聲，會(huì)影響整體測(cè)量的精度。電流輸出DAC的R-2R本身具有0.1 Hz至10 Hz低噪聲，即梯形電阻的阻性噪聲。電流輸出DAC AD5452用在“反向”模式下，以便支持單電源應(yīng)用。將1.25 V電壓施加于IOUT引腳時(shí)，滿量程碼對(duì)應(yīng)的VREF引腳上的電壓為1.25 V − 1 LSB，而零電平碼對(duì)應(yīng)的VREF引腳上的電壓為0 V。

在這個(gè)信號(hào)鏈中，保持低噪聲的關(guān)鍵在于基準(zhǔn)電壓源 ADR127 ，其0.1 Hz至10 Hz噪聲僅為9 μV峰峰值。此外，AD8655是業(yè)界噪聲最低的精密CMOS放大器（1.23 μV峰峰值）。因此，整個(gè)電路的0.1 Hz至10 Hz典型噪聲僅為14.7 μV峰峰值。

電路描述

圖1中的信號(hào)鏈顯示，電流輸出DAC AD5452在反向（電壓切換）模式下工作，用于控制LED的亮度。關(guān)于反向模式的描述詳見AD5452數(shù)據(jù)手冊(cè)。在反向模式下，該器件可以接受1.25 V低噪聲正基準(zhǔn)電壓輸入，并提供1.25 V – 1 LSB正滿量程輸出。必須注意，采用此配置時(shí)，DAC梯形電阻中的開關(guān)沒有相同的源極至漏極驅(qū)動(dòng)電壓，因此該電流輸出DAC只能接受低輸入電壓(<1.5 V)。這就導(dǎo)致各開關(guān)的導(dǎo)通電阻不同，從而降低DAC的積分線性。ADR127是一款低噪聲、1.25 V輸出精密LDO，可提供此低電壓，其高輸出電流和低靜態(tài)電流特性特別適合手持式醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用。

 
圖1. 低噪聲LED驅(qū)動(dòng)器（原理示意圖：未顯示所有連接）

12位AD5452 DAC產(chǎn)生的電壓驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器的同相輸入端。此電壓也出現(xiàn)在電阻R1上（它應(yīng)是一個(gè)高精度電阻），并產(chǎn)生雙極性晶體管的集電極所需的電流。對(duì)于圖1所示電路，滿量程時(shí)二極管標(biāo)稱電流為56.6 mA。低噪聲AD8655用來檢測(cè)流經(jīng)R1的電流。

AD5452采用R-2R結(jié)構(gòu)，DAC內(nèi)核噪聲非常低。信號(hào)鏈中的主要噪聲源是基準(zhǔn)電壓源ADR127，其額定1/f噪聲典型值為9 μV峰峰值。圖2顯示AD8655負(fù)端的0.1 Hz至10 Hz電壓噪聲，其中不包括LED（本例中為Hamamatsu L5766）所增加的噪聲。本電路使用標(biāo)準(zhǔn)2N3904 NPN雙極性晶體管驅(qū)動(dòng)LED。
 
圖2. A點(diǎn)測(cè)得的0.1 Hz至10 Hz噪聲

常見變化

其它合適的DAC有16位單通道AD5543 或14位AD5446。雙通道DAC同樣適用，例如AD5447（12位）和AD5545（16位）。AD8656是AD8655的雙通道版本。

其它低噪聲精密運(yùn)算放大器也適用，例如ADA4841-1 和ADA4841-2 。

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