集成直流对数放大器

崩光电二极管实现更高的测量灵敏度(如果采用高电压来偏置光电二极管，应采取正确的电源安全措施)。由于光电二极管的输出电流通常与输入光功率成线性关系(光电二极管灵敏度典型值为0.1A/mW)，并且MAX4206可工作于5个10倍程动态范围，因此这种电路能够可靠测量10µW至1W的光纤光信号强度。注意，尽管MAX4206能够保证工作在-40°C至+85°C温度范围内，工作温度和光信号频率的变化会显著影响光电二极管的性能。

图4a. 通过在对数放大器输入端放置一个光电二极管，可轻松实现测量光信号强度的对数应用。

　　对于光电二极管阳极保留用于其它电路的情况，例如许多光纤模块中的高速跨阻放大器(TIA)，可以采用精密电流镜/监视器置于光电二极管阴极。MAX4007系列产品非常适合于这种应用。请参考MAX4206和MAX4007的数据资料，了解更多详细信息。

　　当对数应用采用两个光电二极管时，其目的是对比基准光源信号和基准光源衰减后的光信号。在这种方式下，可以独立于光源光信号强度(或者至少在光信号强度变化不大时)，测量给定介质造成的衰减。这种应用在许多光学气体传感器中非常普遍。在图4(b)中，光源输出被等分成两路。第一路入射到基准PIN光电二极管，其阳极馈入MAX4206的REFIIN输入。另一路经过90°镜面反射，通过测试介质，入射到另一个PIN光电二极管(连接至LOGIIN输入)。当基准光电二极管电流校准为1mA时，另一光电二极管的电流将小于或等于1mA，大小取决于光信号的衰减。通过将基准输入电流锁定为1mA或者偏小的数值，可充分利用MAX4206的5个10倍程宽动态范围。

图4b. 对数比例应用采用两个光电二极管，通常用于测量光信号衰减。

　　值得一提的是，尽管MAX4206不保证工作在10nA至1mA输入电流范围之外，但是器件通常可以超出此范围工作，并仍能维持输入和输出之间的单调关系。

　　直流对数放大器的误差源

　　现在的直流对数放大器仍然受到与早期产品一样的限制。等式6是直流对数放大器的理想近似。为获得尽可能精确的表达式，还必须考虑增益、偏置电流、失调和线性误差等误差项。特别是当温度和时间漂移导致这些误差更为严重时，尤其需要考虑这些方面。

　　以下等式可更全面的反映基于BJT的直流对数放大器特性：

　　其中，ΔK是增益变化；IBIAS1和IBIAS2分别是LOGIIN和REFIIN输入偏置电流。VCONF是对数一致性误差，VOSOUT是输出失调。前面已经定义了K、ILOG、IREF和VOUT。在许多应用中，偏置电流的误差相对于输入和基准电流非常小，通常可以在误差表达式中忽略。对数一致性误差定义为实际输出相对于等式6理想对数关系的最大偏移(假设其它所有误差源已调零)。该误差通常以差值的形式出现，因此可以很容易检查出相对于理想曲线的微小偏移(图5a)。

图5a. 对数一致性误差曲线通常表示为输入电流和工作温度的函数。

　　虽然其影响不会立即体现出来，但基准电流IREF是潜在的最大误差源，它由初始误差、温度漂移和器件老化造成的漂移构成。在评估对数放大器的全部误差预算时，应考虑这些误差。

　　图5b中的转换曲线显示了这些实际变化的影响(出于演示目的，对这些影响进行了夸大)。黑色实线表示理想/期望的情况，其对数截距为100nA，增益为1V/10倍程。如蓝色虚线所示，输出失调误差使黑色实线向上或者向下偏移。增益误差使由失调产生的偏移转换特性曲线发生偏转，并由黑色虚线标出。蓝色点线反映了非线性和输出容限误差的总体影响。

图5b. 等式7给出的不同误差对对数传递函数的影响。为清楚起见，夸大了各误差。

　　实际上，对数放大器生产厂商已经将本节中列出的多种误差降到了最小。采用额外的校准和温度监视手段，设计人员能够进一步降低这些误差的影响。设计人员通常在对数放大器输出数字化后，采用校准表来进行校准。

　　直流对数放大器实现方案

　　直流对数放大器的性能与其所在电路有关。良好的设计和布板能够最大程度降低输入漏电流和元件的温度特性所造成的影响。但是，仅有良好的设计和布板通常还不足以保证实现大多数对数放大器应用所需的性能，特别是在输入电流和温度变化较大的情况下。根据不同的应用要求和工作条件，应采用恰当的校准手段来减小累积误差。

　　构建直流对数放大器时，以下一些建议可供参考。

　　单点校准

　　这种"最低性能"的技术能够有效地上下移动图5b中的原始性能曲线(蓝色点线)，使其能够与理想性能曲线(黑色实线)单点相交。在典型工作温度下，对数放大器的两个输入分别输入标称输入电流和基准电流，其输出与理想输出之间会有一个偏差。正常工作时，从对数放大器输出中减去该偏差值。