【摘要】：光電耦合器作為光電領(lǐng)域中最重要的器件之一,由于其良好的電氣隔離特性在醫(yī)療,軍事和通信等領(lǐng)域發(fā)揮著不可取代的作用。為了達(dá)到光電耦合器高集成度、降低開發(fā)成本、易于封裝的目的,本文基于CMOS工藝進(jìn)行硅基的光電探測(cè)器和CMOS光接收電路的單片集成。光電探測(cè)器作為光電耦合器的一個(gè)設(shè)計(jì)核心,性能方面需要保證足夠大的帶寬和高響應(yīng)度。本文從CMOS工藝下的光電探測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)開始分析,在相應(yīng)的理論基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了三種光電二極管,分析了DNW/P-Sub光電二極管,雙光電二極管和三光電二極管的性能,對(duì)不同結(jié)構(gòu)的器件帶寬做了優(yōu)化仿真,并以兩兩為對(duì)照通過仿真提出了提升帶寬的方法。最后經(jīng)測(cè)試并按照光耦芯片要求的設(shè)計(jì)指標(biāo)選擇了DNW/P-Sub光電二極管作為芯片的光電探測(cè)器,仿真結(jié)果表明:在V_(cathode)=5V,λ=850nm時(shí),光電流I_p=6.38μA,響應(yīng)度R=0.17A/W,帶寬f_(-3dB)=70MHz。光電二極管中存在光生慢擴(kuò)散電流影響著器件的帶寬并且會(huì)導(dǎo)致光接收電路輸出的脈寬失真和帶寬,本文研究了頻率和脈寬失真之間的關(guān)系。針對(duì)此問題,論文在傳統(tǒng)光接收電路中加入了峰值采樣電路,整體光接收電路模塊包括:跨阻放大器、峰值采樣電路、比較器、D觸發(fā)器。本文著重闡述了峰值采樣電路采樣到的波峰信號(hào)在光接收電路中的作用,分析了新型光接收電路對(duì)脈寬失真的改善效果。介紹了跨阻放大器的三類基本結(jié)構(gòu)和性能參數(shù),在共源跨阻放大器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了有局部負(fù)反饋的結(jié)構(gòu)。光接收電路的仿真結(jié)果表示:跨阻放大器的-3dB帶寬為62.5MHz,跨阻增益為100kΩ;比較器的延遲為0.18ns;整體電路模擬部分的帶寬為20MHz,最終輸出的波形的占空比為66%,脈寬失真為3.5ns,對(duì)傳統(tǒng)模式下的光接收電路波形占空比的改善高達(dá)30%。
【圖文】：

采用擴(kuò)展性SO-8封裝的光電耦合器

中電集團(tuán)第四十四所高速光電耦合器產(chǎn)品圖
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN43;TN15

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