ADN8831在光器件溫度控制中的應(yīng)用介紹

光通信系統(tǒng)中大多數(shù)器件如TOF、陣列波導(dǎo)光柵（AWG）、 摻鉺光纖放大器（EDFA）、激光器對(duì)溫度都是很敏感的。好的溫度穩(wěn)定性不僅能帶來(lái)各器件光學(xué)參數(shù)的穩(wěn)定輸出，同時(shí)也會(huì)提高整個(gè)通信系統(tǒng)的性能和可靠性。溫度的變化雖然給我們的設(shè)計(jì)來(lái)不利因素，但同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中也可以利用器件的溫度特性。因此溫度控制是光系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一項(xiàng)重要的任務(wù)。本文從溫度穩(wěn)定性和溫度有效性方面介紹了ADN8831在TOF、TDC溫度控制中的應(yīng)用，結(jié)果表明其控制精度滿足光器件設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)溫度控制的要求。

　　1.溫度控制原理

1.1 熱電制冷器

　　熱電制冷器（Thermoelectric Cooler, TEC）利用的是固體的熱電效應(yīng)。相比其它的制冷技術(shù)TEC有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、啟動(dòng)快、控制靈活、操作具有可逆性等，因此TEC在光器件溫度控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了充分的應(yīng)用，特別是在器件工作溫度范圍比較寬的情況下它的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

　　熱電制冷器是由一系列P型N型半導(dǎo)體構(gòu)成的電偶對(duì)串聯(lián)而成，由于帕爾帖效應(yīng)，在電偶對(duì)形成的閉合回路中通以直流電流時(shí)，在其兩端的節(jié)點(diǎn)處將分別產(chǎn)生吸熱和放熱現(xiàn)象。如圖1所示，每個(gè)電偶的熱效應(yīng)是互相獨(dú)立的，因此在熱量的方向上它們是并行的，這樣TEC的熱轉(zhuǎn)移效率得到了很大的提高。TEC有兩個(gè)端面，當(dāng)在TEC兩端加電壓的時(shí)候，電流就沿著某一方向流過(guò)TEC，此時(shí)TEC的一端（熱端）被加熱，另一端（冷端）被制冷，當(dāng)電流反向時(shí)，TEC熱量轉(zhuǎn)移的方向?qū)?huì)發(fā)生變化，原來(lái)熱端變成冷端，冷端變成熱端。通常將需要控制溫度的目標(biāo)物體放置在TEC的冷端，散熱片放置在TEC的熱端，改變通過(guò)TEC的電流方向來(lái)加熱或者制冷目標(biāo)物體。通過(guò)TEC的電流越大，TEC兩端的熱量轉(zhuǎn)移越多，當(dāng)電流達(dá)到某一值時(shí)，冷端放出的熱量等于熱端吸收的熱量，此時(shí)冷端的溫度停止變化，目標(biāo)物體的溫度達(dá)到穩(wěn)定。

圖1，TEC結(jié)構(gòu)圖

　　1.2 溫度控制原理

　　TEC控制器采用的是ADI公司的溫度控制芯片ADN8831。TEC控制的整個(gè)流程，如圖2所示。

　　圖2，TEC控制的框圖

　　第一部分是溫度傳感。它的作用是反饋目標(biāo)物體的溫度，為了提高溫度的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，熱敏電阻應(yīng)盡可能地靠近目標(biāo)物體。本系統(tǒng)采用的是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，阻值隨著溫度的升高而變小。溫度—電壓的轉(zhuǎn)換電路，如圖3所示，感應(yīng)的目標(biāo)溫度與輸出電壓成正比關(guān)系。

　　 （1）

　　定義溫度下限Tlow時(shí)Vtempout=0V，中間值TMID時(shí)Vtempout=VREF/2，上限THIGH時(shí)Vtempout=VREF，這樣就可以通過(guò)改變R1,R2,R3的值來(lái)設(shè)定溫度控制的范圍。

　　圖3,溫度電壓轉(zhuǎn)換電話和硬件PID控制電路