基于TPS40210的APD偏压温补电路设计

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定义见式(1)。若令(R3+R4)/(R2+R3+R4)=β，R14/R13=R12/R11=γ，R16/R15=R18/R17=1，化简方程组可得关系如下：

3 参数设计与测试结果

实验中参考TPS40210芯片手册，基于效率、功耗与噪声的均衡考虑，对图3电路进行测试，相关参数如表1所示。

当输入电压18 V，输出电压130 V时，TPS40210控制器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展示了输出电压的交流信号波形。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干扰，约140mVP-P，经过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/℃。为获得较大倍增系数M，根据图1选择k=0.95(M≈100)，则由(1)式可得：

UR=123.5+0.428(T-T0) (11)

工业环境温度范围一般为-40～85℃，则偏置电压UR范围是97～150 V，表1参数设计满足此要求。利用该APD对图4温度补偿电路进行测试，其中TPS40210芯片外围基本电路参数按照表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。温度补偿网络参数设计如下：

1)R12=R14=24 kΩ，R11=R13=10 kΩ，R15=R16=R17=R18=10 kΩ;

2)调节R20，使v2=R10·σT0=295 mV;

3)在T0时，调节R4，使HV=kUBR0。

在不同温度下进行测试，结果表明电路输出偏置电压能够随温度自动改变，且偏压与温度近似呈线性关系，相关系数约0.42V/℃，与式(11)的理论值相比相对误差小于2%，满足APD对温度补偿的要求。

4 结束语

基于TPS40210的高压偏置电路最高输出电压可达260 V，且输出纹波经过滤波后小于20 mVP-P，满足大多数APD器件对偏置电压的要求。同时该芯片体积小、外围电路简单，可用于手持式激光测距仪等小型化设备。

设计的温度补偿电路能够根据环境温度自动调节输出偏置电压的大小，使APD工作于稳定增益状态。将该电路应用于实验室相位式激光测距原理样机，有效降低了温度列APD的影响，使非合作目标测距精度在0～7 m内优于±3 mm。