三種低側(cè) LED 偏置拓?fù)溥x擇考量

許多成像產(chǎn)品正在轉(zhuǎn)向更高效的基于 LED 陣列的解決方案，并遠(yuǎn)離激光或燈等傳統(tǒng)技術(shù)。應(yīng)用電阻分壓器可實(shí)現(xiàn) LED 的線性正向偏置，以便正常運(yùn)行。然而，由于任何 LED 的偏置點(diǎn)都可能隨溫度變化——以及由于實(shí)際設(shè)備到設(shè)備的可變性——特定偏置點(diǎn)的可編程性隨后成為精密電路的要求。

利用數(shù)字電位器 (DPOT)、脈寬調(diào)制 (PWM) 或精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 是解決偏置點(diǎn)可編程性的常用方法。但此類解決方案還需要低成本、小尺寸和高度集成。選擇正確的架構(gòu)就變成了一個(gè)重要的問題。在這篇博文中，我將討論不同的低側(cè) LED 偏置拓?fù)溥x項(xiàng)及其各自的權(quán)衡。

基于 DPOT 的偏置

LED 通常會(huì)被電流偏置；圖 1 說明了可編程電流源的最基本實(shí)現(xiàn)，它使用具有可調(diào)分流基準(zhǔn)的典型 DPOT。改變齊納二極管兩端的電壓會(huì)改變?cè)撾娐返碾娏?。雖然齊納方法是有效的，但一個(gè)主要的缺點(diǎn)是它需要額外的組件，這會(huì)導(dǎo)致材料清單 (BOM)、占位面積和最終成本增加——這在偏置 LED 陣列時(shí)尤其明顯。此外，晶體管的基極至發(fā)射極電壓（V BE）也可能隨溫度和集電極電流而變化，這對(duì)于設(shè)計(jì)來說可能是更不理想的。

圖 1：基于 DPOT 的偏置

基于 PWM 的偏置

也可以使用 PWM 信號(hào)代替 DPOT 和齊納二極管來編程偏置點(diǎn)。在這種情況下，偏置點(diǎn)對(duì)應(yīng)于 PWM 信號(hào)的直流值。雖然實(shí)施起來很簡(jiǎn)單，但這樣的電路還需要每個(gè)通道一個(gè) PWM 發(fā)生器，這可能難以支持，具體取決于您使用的微控制器（如果有的話）。另一個(gè)考慮因素是連續(xù) PWM 還會(huì)產(chǎn)生潛在的失真和與電磁干擾相關(guān)的問題。

使用精密 DAC 的簡(jiǎn)單偏置方法

解決偏置點(diǎn)可編程性的另一種方法是使用簡(jiǎn)單的精密 DAC 來提供偏置電路。圖 2 描述了這種配置，包括使用 10 位、8 通道、緩沖電壓輸出 DAC53608。這種方法提供了具有最小尺寸和最低 BOM 成本的電路。

但是請(qǐng)記住，與之前的電路一樣，晶體管的 V BE內(nèi)可能存在漂移，并且由于預(yù)期的 V BE下降，輸出還可能需要靠近接地軌的一些裕量。

圖 2：可編程 LED 偏置電路

雖然 V BE會(huì)隨溫度和集電極電流而變化，但在將電路置于具有增益的較大反饋環(huán)路內(nèi)的應(yīng)用中，您可以忽略此類變化。話雖如此，可能會(huì)擔(dān)心開環(huán)和不采用溫度校準(zhǔn)的應(yīng)用程序。由于溫度和集電極電流引起的V BE漂移會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)增益誤差和滿量程誤差。

補(bǔ)償這種 V BE變化的一種可靠方法是將電路置于放大器的反饋環(huán)路內(nèi)，如圖 3 所示。該電路非常適合需要高精度的應(yīng)用；唯一的缺點(diǎn)是額外的放大器。

圖 3：使用緩沖器的V BE補(bǔ)償

圖 4 顯示了另一種補(bǔ)償 V BE 的方法：使用一對(duì)匹配的 P 溝道 N 溝道 P 溝道和 N 溝道 P 溝道 N 溝道晶體管來抵消電壓變化和任何裕量。如您所見，該電路有助于平衡精度、解決方案尺寸和成本的優(yōu)勢(shì)。

圖 4：無緩沖器的VBE補(bǔ)償

表 1 比較了每種拓?fù)洹；诰?DAC 的解決方案在許多方面都優(yōu)于其他方法。8 位和 10 位分辨率的通用精密 DAC 已充斥市場(chǎng)很長(zhǎng)時(shí)間，但 DAC53608（及其器件系列）提供了最新的半導(dǎo)體技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)的、更小、超低成本的 LED偏置解決方案。

表 1：LED 偏置拓?fù)涞谋容^

DAC53608 是小型 DAC 系列中的首款產(chǎn)品，是一款采用 3 毫米 x 3 毫米 QFN 微型封裝的八通道緩沖電壓輸出 DAC。它提供單電源操作，還提供 8 位引腳兼容版本 DAC43608。這些 DAC 提供一個(gè) I 2 C 接口，其器件地址可以使用單個(gè)硬件引腳配置為多達(dá)四個(gè)不同的值，從而允許使用多達(dá) 32 個(gè)通道而無需 I 2 C 緩沖器。