AD8305 100 dB范围(10nA-1mA)对数转换器技术手册

概述
AD8305是一款价格低廉的微型对数转换器，针对确定光纤系统中的光功率应用进行了优化。它采用先进的方式实施经典跨导线性（基于结）技术，可提供多样、易用的宽动态范围。只需采用3 V至12 V单电源供电；也可以选用双电源。低静态电流（典型值5 mA）特性适合电池供电应用。
数据表：*附件：AD8305 100 dB范围(10nA-1mA)对数转换器技术手册.pdf

10 nA至1 mA输入电流IPD施加于INPT引脚，作为一个比例优化的NPN晶体管的集电极电流，该晶体管利用精密对数关系将此电流转换为电压 (V BE )。另一个这种转换器用来处理施加于IREF 引脚的参考电流（I REF ）。 这些输入节点经过偏置，略高于地(0.5 V)。对于正极不需要接地的光电二极管应用，一般均可接受。同样，在产生IREF时，也很容易处理此偏置电压。对数前端输出通过VLOG引脚提供。

此输出的基本对数斜率标称值为每10倍200 mV (10 mV/dB)。因此，100 dB范围相当于1 V的输出电压。将此电压（或缓冲器输出）施加于一个允许采用外部基准电压的ADC时，AD8305在引脚VREF上的2.5 V基准电压输出可以用来提高比例精度。合适的ADC包括AD7810（串行10位）、AD7823（串行8位）和AD7813（并行8位或10位）。其它对数斜率值可以利用简单的外部电阻网络提供。

对数截距（也称为参考电流）标称值为1 nA，它是通过外部产生的10 μA电流 IREF 而确定，该电流由连接在2.5 V VREF与0.5 V参考输入IREF之间的200 kΩ电阻提供。对数截距可以通过改变此电阻在较宽的范围内进行调整。将分子电流施加于INPT，并将分母电流施加于IREF，则AD8305也可以在对数比模式工作。

该器件内置一个缓冲放大器，用于驱动较大负载，以将基本斜率10 mV/dB提高到更高的值，从而用作精密比较器（阈值检测器），或者用于实现低通滤波器。其轨到轨输出摆幅可以达到正负供电轨的100 mV范围内，源电流能力峰值为25 mA。

跨导线性对数转换器的一个基本特性是小信号带宽随着电流水平降低而降低，低频噪声谱密度则提高。10 nA时，AD8305的带宽约为50 kHz，它随着IPD增大而提高，最大值约为15 MHz。利用缓冲放大器实现最多三极点的低通滤波器，可以解决低电流时噪声电平提高的问题。

AD8305采用16引脚LFCSP封装，额定工作温度范围为?40°C至+85°C。

应用

• 光功率测量
• 宽范围基带对数压缩
• 电流和电压比测量
• 光吸收测量

特性

• 针对光纤光电二极管接口进行了优化
• 50倍电流测量范围
  法则一致性：0.1dB（10nA至1mA）
• 单电源或双电源供电：3 V至12 V
• 完全对数比功能
• 标称斜率：10 mV/dB（每10倍200 mV）
• 标称截距：1 nA（由外部电阻设置）
  可选的斜率和截距调整功能
• 全面温度稳定性
• 对于给定电流水平，响应时间极短
• 16引脚小型芯片级封装
  (LFCSP 3 mm × 3 mm)
• 低功耗：静态电流约为5 mA

框图

引脚配置描述

典型性能特征

应用信息

AD8305易于在光监控系统以及需要将宽范围电流转换为其对数等效值（以分贝表示）的类似场景中使用。测量单电流输入的基本连接方式如图35所示，其中还包括各种非必要组件。

图35. 固定截距使用的基本连接

VREF和INPT引脚之间2V的电压差，结合200 kΩ的外部电阻R AES ，可向IREF引脚提供10 μA的参考电流。将VRDZ引脚连接到VREF，会使VLOG引脚的电压提高0.8 V，实际上将截距电流(I_{INT})降低了10倍，至1 nA。也可使用(I_{REF})的其他值，范围从100 nA到超过1 mA。图5展示了这些变化的影响。

在估算截距稳定性时，必须考虑RAES的任何温度变化。此外，当使用非常低的(I_{REF})值时，总体噪声会增加。在固定截距应用中，使用较大的参考电流并无太多益处，因为在单电源工作时，动态范围的低端会受到压缩。此处显示的电容为5 V。建议在VSUM和地之间使用一个电容，以尽量减少该节点的噪声，并提供干净的参考电流。

由于VLOG处的基本定标为0.2 V/十倍频程，缓冲器输出端4 V的摆幅对应20个数量级，因此将斜率提高到轨到轨电压范围会很有用。出于说明目的，图35中的电路提供了0.5 V/十倍频程（25 mV/dB）的总体斜率。因此，使用(I_{REF} = 100 μA)时，(V_{LOG})在(I_{PD} = 10 nA)时从0.2 V运行到(I_{PD} = 1 mA)时的1.4 V，而缓冲器输出从0.5 V运行到3.5 V，对应的电学动态范围为120 dB（60 dB光功率）。

VLOG到地的可选电容与4.55 kΩ电阻构成单极点低通滤波器，结合图35中C12的10 nF，3 dB转角频率为3.5 kHz。这种滤波有助于减少输出噪声，特别是当(I_{PD})较小时。多个滤波器在降低总噪声方面更有效；AD8304数据手册中提供了相关示例。

该网络的动态响应受两个输入（INPT、IREF）到地的外部网络影响。这是为了在整个电流范围内稳定输入系统。带宽会随着输入范围的变化而改变，从而实现宽范围的极点频率。RC网络为输入系统增加了一个零点，以确保整个输入范围的稳定性。图35中所示的网络值通常就足够了，但当光电二极管的电容较高时，可能需要进行一些实验调整。

尽管两个电流输入类似，但在极端电流（<100 nA）和温度（<0°C）条件下操作参考输入时仍需小心。将RC网络修改为4.7 nF和2 kΩ，可在 -40°C时测量10 nA至(I_{REF})的电流。通过检查代表性电流水平下(I_{REF})的瞬态响应，可以调整电容值，以提供快速上升和下降时间以及可接受的振铃。为微调网络零点，应调整电阻值。