功率稳定可调LD驱动电路的设计

摘要：功率稳定可调的激光二极管（LD）在精密光电检测和光纤通信系统中应用广泛。介绍了一种单片机控制激光二极管输出功率的方法，针对SANYO 30mW红光LD设计了驱动电路，其驱动电流在0～100mA之间可调，最小可调量<0.01mA。单片机内对监测电流偏差进行了PID调节运行，使激光二极管输出功率稳定。 关键词：功率稳定可调激光二极管 单片机 驱动电路 PID调节 在精密光电检测领域中，光源的微小波动会引起被测量的较大偏移，从而产生较大的测量误差。如在半导体薄膜特性检测中，常常需要检测薄膜反射比以求解出其它光电学参量。由于薄膜增长的缓慢（0.1mm级/秒），反射比变化非常小，在这种情况下， 功率稳定可调的激光二极管（LD）驱动电路在精密光电检测和光纤通信系统中扮演着关键角色，因为它们能提供稳定、可调的光源，对于减少测量误差至关重要。文章介绍了一种采用单片机控制激光二极管输出功率的方法，特别针对SANYO 30mW红光LD设计了驱动电路。这个电路允许驱动电流在0到100mA范围内连续调整，最小调整单位小于0.01mA，确保了精确的功率控制。 为了实现功率的稳定，文中提出了采用PID（比例-积分-微分）调节技术。PID调节是一种反馈控制策略，通过实时监测并调整电流偏差来保持激光二极管的输出功率恒定。在单片机内部，监测到的电流偏差经过PID运算，然后转化为驱动电流，从而形成一个闭环控制系统。这种方法能够快速响应并消除稳态误差，提高系统的稳定性。 在电路设计中，激光二极管的封装形式通常有共阳极和共阴极两种，而文中选择的是SANYO的655nm红光激光二极管，共阳极封装。激光二极管的最大输出功率为30mW，阈值电流为40mA（在25℃环境下），并且工作电流可达到110mA。监测激光器的PIN光电二极管与LD封装在一起，其监测电流与输出功率成线性关系，为控制电路设计提供了便利。 电路原理包括差分放大模块，用于将光电二极管的监测电流转换为电压信号，然后通过高精度A/D转换器进行采样量化。A/D转换后的电压值与设定功率条件下的参考电压值比较，产生偏差信号。接着，PID控制器根据偏差信号进行运算，D/A转换器将运算结果转换回电流信号，作为LD的驱动电流。 在电路模块选型上，差分放大器选用了具有高输入阻抗的INA114，以减少温度影响和提高信号精度。A/D转换器选择了MAX1062，D/A转换器则采用AD5551，两者都是14位的串行转换器，提供足够的分辨率以适应精密控制需求。通过调整差分放大器的增益，可以进一步优化系统性能，确保对微小功率变化的敏感度。 这种功率稳定可调的LD驱动电路设计，结合单片机控制和PID调节，为精密光电检测和光纤通信提供了稳定、精确的光源，解决了因光源波动导致的测量误差问题。通过高精度的组件和优化的电路设计，实现了对激光二极管输出功率的精细控制，满足了0.1%以上的稳定性要求。这种技术的应用不仅提高了检测的准确性，也提升了光纤通信系统的可靠性。