EPC9144開發(fā)板：高電流脈沖激光二極管驅(qū)動的利器

在電子工程師的日常工作中，尋找一款性能出色且易于使用的激光二極管驅(qū)動開發(fā)板是一項重要任務(wù)。今天，我們就來深入了解一下EPC9144開發(fā)板，它在高電流脈沖激光二極管驅(qū)動方面有著獨特的優(yōu)勢。

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一、開發(fā)板概述

EPC9144開發(fā)板主要用于驅(qū)動激光二極管，能夠產(chǎn)生總脈沖寬度短至1.2 ns、電流高達28 A的高電流脈沖。它圍繞EPC2216增強模式（eGaN?）場效應(yīng)晶體管（FET）設(shè)計，該晶體管是一款符合AEC - Q101汽車標(biāo)準(zhǔn)的15 V FET，能承受高達28 A的電流脈沖。開發(fā)板隨附EPC9989插入板，這是一組可分離的5 mm x 5 mm方形插入式PCB，上面有不同激光器、RF連接器的焊盤以及其他用于實驗不同負載的焊盤。不過，激光二極管或其他負載需要用戶自行提供。

二、電路設(shè)計特點

2.1 功率環(huán)路電感優(yōu)化

EPC9144采用接地參考的EPC2216 eGaN FET，由德州儀器的LMG1020柵極驅(qū)動器驅(qū)動。印刷電路板的設(shè)計旨在最小化功率環(huán)路電感，同時保持激光二極管或其他負載的安裝靈活性。它包含多個用于電壓測量的板載無源探頭，并配備MMCX連接用于輸入和傳感。

2.2 脈沖生成與邏輯適配

開發(fā)板配備了能夠進行亞納秒操作的窄脈沖發(fā)生器，用戶也可以通過移除一個電阻直接提供柵極驅(qū)動。默認情況下，開發(fā)板設(shè)計為使用3.3 V邏輯運行，但同時配備了邏輯電平轉(zhuǎn)換器和差分接收器，以適應(yīng)不同的使用場景。此外，該開發(fā)板還可用于其他需要接地參考eGaN FET的應(yīng)用，如E類放大器等。

三、設(shè)置與操作步驟

3.1 安全準(zhǔn)備

在開始操作前，必須審查激光安全注意事項，遵守所有必要的激光安全要求，包括使用個人防護設(shè)備（PPE），必要時咨詢合格的安全人員。

3.2 負載安裝

在斷電狀態(tài)下，安裝激光二極管U2或其他負載?？梢允褂秒S附的EPC9989插入板來安裝激光或其他負載，具體操作可參考“激光二極管和負載注意事項”部分。

3.3 電源連接

• 將輸入電源總線連接到 (+V_{BUS }(J 1))，接地/返回連接到 –V (-V) (J1) 或GND。
• 將邏輯電源 ((7 - 12 VV{DC})) 連接到 (+VLogic) (J2)，接地返回連接到 –V (-V{Logic }(J 2)) 或GND。

3.4 信號連接

將信號脈沖發(fā)生器連接到輸入J5，J5在EPC9144上終端電阻為50 Ω，默認設(shè)計為3.3 V邏輯輸入，可根據(jù)需要進行更改。

3.5 測量連接

將其余測量MMCX輸出連接到示波器，使用50 Ω電纜，并將示波器輸入設(shè)置為50 Ω阻抗。

3.6 電源開啟與操作

• 開啟邏輯電源電壓至規(guī)格范圍內(nèi)的值。
• 開啟總線電壓至規(guī)格范圍內(nèi)的值。
• 開啟脈沖源，通過輸出和任何額外的探測觀察開關(guān)操作?？梢允褂眠m當(dāng)?shù)碾姽?a target="_blank">接收器觀察激光二極管輸出。
• 操作過程中，可根據(jù)需要在工作范圍內(nèi)調(diào)整總線電壓、輸入脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻率（PRF），觀察系統(tǒng)行為。
• 關(guān)機時，按相反步驟操作。

四、工作原理

EPC9144既是演示板，也是靈活的開發(fā)平臺。其基本工作原理是作為電流門，當(dāng)FET Q1導(dǎo)通時，允許電壓總線的電流流過激光二極管或其他負載；當(dāng)Q1關(guān)閉時，停止負載電流。驅(qū)動器和FET的速度使得即使對于約10 A的負載電流，導(dǎo)通和關(guān)斷時間分別可快至500 ps和250 ps。

輸入脈沖通過MMCX連接器J5傳輸，J5后接邏輯電平轉(zhuǎn)換器。默認情況下，電平轉(zhuǎn)換器設(shè)置為3.3 V邏輯電平，也可進行修改。輸入脈沖經(jīng)過窄脈沖發(fā)生器電路，輸入脈沖應(yīng)比所需輸出脈沖長10 ns以上。默認脈沖寬度約為5 ns，可通過微調(diào)電位器P1在1.2 ns至20 ns范圍內(nèi)調(diào)整。

當(dāng)輸入為高電平時，柵極驅(qū)動器開啟Q1，允許電流流過激光二極管或負載U2；窄脈沖發(fā)生器輸出為低電平時，Q1關(guān)閉。如果功率環(huán)路電感中還有電流，二極管連接的EPC2036 FET Q2可以導(dǎo)通，幫助防止激光和FET過壓。

五、激光二極管或負載注意事項

5.1 插入板的使用

由于許多激光供應(yīng)商的安裝焊盤不同，使用插入式PCB可以解決這個問題，雖然會增加50 pH至100 pH的功率環(huán)路電感。EPC9144隨附的EPC9989插入板有各種5 mm方形插入式PCB，可容納多種表面貼裝激光二極管、MMCX連接器和其他負載。使用插入板的推薦步驟如下：

1. 在EPC9144 PCB的U2焊盤上涂抹焊膏。
2. 在插入板頂面的適當(dāng)焊盤上涂抹焊膏。
3. 將所需插入板底面朝向EPC9144頂面，小心放置在U2焊盤上。
4. 將激光二極管或所需負載放置在插入板上。
5. 使用推薦的焊接溫度曲線對整個組件進行回流焊接，建議使用能滿足推薦焊接規(guī)格的回流爐。

5.2 功率環(huán)路電感與激光性能

功率環(huán)路電感（包括激光二極管的電感）是決定激光脈沖形狀的主要因素。為了最小化電感，放電電容、激光二極管或其他負載以及eGaN FET必須緊密安裝。同時，用戶在安裝激光或更換功率環(huán)路中的其他組件時，要注意避免損壞任何組件。此外，由于激光二極管的熱限制，必須遵守脈沖寬度、占空比和脈沖重復(fù)頻率的限制，仔細閱讀激光二極管數(shù)據(jù)手冊并遵循制造商的建議。

六、測量注意事項

MMCX插孔用于測量電路中的多個電壓，包括柵極驅(qū)動輸入、Q1柵極電壓、Q1漏極電壓、儲能電容的充電電壓等。所有測量點都設(shè)計為終端電阻50 Ω，因此在查看波形時，示波器輸入應(yīng)設(shè)置為50 Ω輸入。理想情況下，未使用的輸入也應(yīng)使用50 Ω負載終端，以防止探頭產(chǎn)生額外的諧振。Q1漏極電壓和放電電容感測電壓有板載終端，可大大減少這種影響，在大多數(shù)應(yīng)用中，剩余的諧振足夠小，可以忽略不計，但用戶應(yīng)根據(jù)自己的需求進行驗證。

除了分流測量外，所有感測測量MMCX都使用傳輸線探頭原理，以在亞納秒時間尺度上獲得波形保真度。它們已被驗證與泰克P9158 3 GHz傳輸線探頭產(chǎn)生近乎相同的結(jié)果。由于其設(shè)計，它們具有內(nèi)置的衰減因子，測量節(jié)點處的探頭阻抗相對較?。s1kΩ），用戶在使用時應(yīng)注意這一點。目前，電流分流器J4未使用，未來版本可能會包含此功能。

七、開發(fā)板的修改

7.1 窄脈沖發(fā)生器

許多信號發(fā)生器無法產(chǎn)生準(zhǔn)確的短脈沖，EPC9144包含電路以獲得窄輸出脈沖，通過微調(diào)電位器P1控制，脈沖范圍約為1.2 ns至20 ns。輸入到窄脈沖發(fā)生器的脈沖寬度應(yīng)比所需脈沖寬度至少長10 ns，以確?？煽坎僮?。如果用戶希望使用可變脈沖寬度，可以通過移除R27禁用板載窄脈沖發(fā)生器，此時柵極驅(qū)動IC的輸入將跟隨用戶脈沖源的輸入脈沖。

7.2 脈沖源

EPC9144默認支持3.3 V邏輯電平輸入到J5，輸入包含邏輯電平轉(zhuǎn)換器U4以適應(yīng)較低電壓邏輯。要適應(yīng)較低電壓邏輯電平，只需更改R18。對于高速系統(tǒng)，常用差分信號協(xié)議，如LVDS或CML，EPC9144有靈活的差分接收器U3，其輸入可通過J3獲得。要使用差分輸入功能，需將J8上的跳線從SE位置移動到DIFF位置，這將禁用J5輸入并啟用J3差分輸入。

7.3 鉗位二極管

EPC9144配置為雙邊緣控制驅(qū)動器，當(dāng)FET Q1關(guān)閉時，雜散功率環(huán)路電感中存儲的能量可能導(dǎo)致Q1漏極電壓尖峰超過器件額定值。為了減少電壓尖峰，使用二極管連接的EPC2036 FET Q2來幫助鉗位漏極節(jié)點，還有多達兩個其他鉗位二極管D1和D2的預(yù)留位置。不過，這些二極管的寄生電感和電容可能會在極高速時降低性能，因此僅安裝了Q2，用戶可根據(jù)具體應(yīng)用決定是否使用其他二極管。

八、總結(jié)

EPC9144開發(fā)板為電子工程師提供了一個強大而靈活的平臺，用于驅(qū)動高電流脈沖激光二極管。它在電路設(shè)計、操作設(shè)置、負載適配和測量等方面都有獨特的特點和優(yōu)勢。但在使用過程中，必須嚴格遵守安全規(guī)定，注意各個環(huán)節(jié)的細節(jié)，以充分發(fā)揮其性能。同時，開發(fā)板的可修改性也為工程師提供了更多的創(chuàng)新空間，你是否在實際項目中使用過類似的開發(fā)板呢？在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。