基于DS3501的APD偏压温度补偿电路设计

石朝毅 ， 张玉钧 ， 殷高方 ， 王志刚 ，2， 肖 雪 ，赵南京 ，刘文清

（1.中科院 安徽光学精密机械研究所 国家环境光学监测技术重点实验室，安徽 合肥 230031；2.扬州大学 环境科学与工程学院，江苏 扬州 225009）

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[1-2]。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偏压精确补偿，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0.45 V/℃，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[3-4]，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：

图1 APD增益曲线Fig.1 APD gain curve

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10 kΩ，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℃。……