反向模式下构建电流源驱动器的优化设计

电路功能与优势

本电路提供一种用于LED的低噪声、单电源电流驱动器.所选的每个器件均采用3.0V单电源供电,与此同时,保持极低的峰峰值噪声.该信号链针对低功耗、低噪声光通信和医疗应用进行了优化.

在典型的脉搏血氧仪应用中,LED接收到脉冲信号后,从高电流电平(如3/4量程)变为低电流电平(如1/4量程).这些脉冲的"导通"时间通常只有数百微秒."导通"期间叠加于LED亮度水平上的峰峰值1/f噪声,会影响整体测量的精度.电流输出DAC的R-2R本身具有0.1Hz至10Hz低噪声,即梯形电阻的阻性噪声.将1.25V电压施加于IOUT引脚时,满量程码对应的VREF引脚上的电压为1.25 V,而零电平码对应的VREF引脚上的电压为0V.

在这个信号链中,保持低噪声的关键在于基准电压源,其0.1Hz至10Hz噪声仅为9μV峰峰值.此外,业界噪声最低的精密CMOS放大器(1.23μV峰峰值).因此,整个电路的0.1Hz至10Hz典型噪声仅为14.7μV峰值.
电路描述

图1中的信号链显示,电流输出DAC 在反向(电压切换)模式下工作,用来控制LED的亮度.关于反向模式的描述详见数据手册.在反向模式下,该器件可以接受1.25V低噪声正基准电压输入,并提供1.25 V–1 LSB正满量程输出.是一款低噪声、1.25V输出精密LDO,可提供此低电压,其高输出电流和低静态电流特性特别适合手持式医疗设备应用.
 

 
图1.低噪声LED驱动器(原理示意图:未显示所有连接)

12位DAC产生的电压驱动运算放大器的同相输入端.此电压也出现在电阻R1上(它应是一个高精度电阻),并产生双极性晶体管的集电极所需的电流.对于图1所示电路,满量程时二极管标称电流为56.6mA.低噪声用来检测流经R1的电流.

采用R-2R结构,DAC内核噪声非常低.信号链中的主要噪声源是基准电压源,其额定1/f噪声典型值为9μV峰峰值.图2显示负端的0.1Hz至10Hz电压噪声,其中不包括LED(本例中为Hamamatsu L5766)所增加的噪声.本电路使用标准2N3904 NPN双极性晶体管驱动LED.
 

 
图2.A点测得的0.1 Hz至10Hz噪声