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[导读]许多成像产品正在转向更高效的基于 LED 阵列的解决方案,并远离激光或灯等传统技术。应用电阻分压器可实现 LED 的线性正向偏置,以便正常运行。然而,由于任何 LED 的偏置点都可能随温度变化——以及由于实际设备到设备的可变性——特定偏置点的可编程性随后成为精密电路的要求。

许多成像产品正在转向更高效的基于 LED 阵列的解决方案,并远离激光或灯等传统技术。应用电阻分压器可实现 LED 的线性正向偏置,以便正常运行。然而,由于任何 LED 的偏置点都可能随温度变化——以及由于实际设备到设备的可变性——特定偏置点的可编程性随后成为精密电路的要求。

利用数字电位器 (DPOT)、脉宽调制 (PWM) 或精密数模转换器 (DAC) 是解决偏置点可编程性的常用方法。但此类解决方案还需要低成本、小尺寸和高度集成。选择正确的架构就变成了一个重要的问题。在这篇博文中,我将讨论不同的低侧 LED 偏置拓扑选项及其各自的权衡。

基于 DPOT 的偏置

LED 通常会被电流偏置;图 1 说明了可编程电流源的最基本实现,它使用具有可调分流基准的典型 DPOT。改变齐纳二极管两端的电压会改变该电路的电流。虽然齐纳方法是有效的,但一个主要的缺点是它需要额外的组件,这会导致材料清单 (BOM)、占位面积和最终成本增加——这在偏置 LED 阵列时尤其明显。此外,晶体管的基极至发射极电压(V BE)也可能随温度和集电极电流而变化,这对于设计来说可能是更不理想的。

图 1:基于 DPOT 的偏置

基于 PWM 的偏置

也可以使用 PWM 信号代替 DPOT 和齐纳二极管来编程偏置点。在这种情况下,偏置点对应于 PWM 信号的直流值。虽然实施起来很简单,但这样的电路还需要每个通道一个 PWM 发生器,这可能难以支持,具体取决于您使用的微控制器(如果有的话)。另一个考虑因素是连续 PWM 还会产生潜在的失真和与电磁干扰相关的问题。

使用精密 DAC 的简单偏置方法

解决偏置点可编程性的另一种方法是使用简单的精密 DAC 来提供偏置电路。图 2 描述了这种配置,包括使用 10 位、8 通道、缓冲电压输出 DAC53608。这种方法提供了具有最小尺寸和最低 BOM 成本的电路。

但是请记住,与之前的电路一样,晶体管的 V BE内可能存在漂移,并且由于预期的 V BE下降,输出还可能需要靠近接地轨的一些裕量。

图 2:可编程 LED 偏置电路

虽然 V BE会随温度和集电极电流而变化,但在将电路置于具有增益的较大反馈环路内的应用中,您可以忽略此类变化。话虽如此,可能会担心开环和不采用温度校准的应用程序。由于温度和集电极电流引起的V BE漂移会导致系统级增益误差和满量程误差。

补偿这种 V BE变化的一种可靠方法是将电路置于放大器的反馈环路内,如图 3 所示。该电路非常适合需要高精度的应用;唯一的缺点是额外的放大器。

 

图 3:使用缓冲器的V BE补偿

图 4 显示了另一种补偿 V BE 的方法:使用一对匹配的 P 沟道 N 沟道 P 沟道和 N 沟道 P 沟道 N 沟道晶体管来抵消电压变化和任何裕量。如您所见,该电路有助于平衡精度、解决方案尺寸和成本的优势。

图 4:无缓冲器的VBE补偿

表 1 比较了每种拓扑。基于精密 DAC 的解决方案在许多方面都优于其他方法。8 位和 10 位分辨率的通用精密 DAC 已充斥市场很长时间,但 DAC53608(及其器件系列)提供了最新的半导体技术,可实现易于实现的、更小、超低成本的 LED偏置解决方案。

表 1:LED 偏置拓扑的比较

DAC53608 是小型 DAC 系列中的首款产品,是一款采用 3 毫米 x 3 毫米 QFN 微型封装的八通道缓冲电压输出 DAC。它提供单电源操作,还提供 8 位引脚兼容版本 DAC43608。这些 DAC 提供一个 I 2 C 接口,其器件地址可以使用单个硬件引脚配置为多达四个不同的值,从而允许使用多达 32 个通道而无需 I 2 C 缓冲器。


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