一种新型高速光电耦合集成电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种新型高速光电耦合集成电路，由电流偏置电路、跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路依次级联；所述跨阻电路采用电流复用可控共源共栅跨阻，包括上下对称的两部分，每一部分包括：跨阻偏置电路、跨阻负反馈、电容，跨阻电路的输入级与电流偏置电路、跨阻负反馈连接，所述镜像电流电路与输入级之间连接有一交流耦合电容器；比较器电路包括：偏置电路，放大电路，比较器电路的输入级串联一个有源负载，输入端与放大电路连接；所述整形电路由两级反相器构成。本实用新型专利技术将电流复用的方法应用于RGC跨阻放大器，改善互阻性能并获得更高的响应度和整体系统转换增益，同时实现相同的系统带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高速光电耦合集成电路
本技术涉及光电学元件领域，具体涉及一种新型高速光电耦合集成电路。
技术介绍
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件，它由发光源和受光器件两部分组成，发光源和受光器组装在同一密闭壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离，发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。根据光电耦合器传输的电信号变化速度，可以将光电耦合器分为低速光电耦合器和高速光电耦合器两大类。光电耦合器主要结构就是由两个模块封装而成，将电-光转换模块的管脚引出作为输入端，将光—电转换模块的管脚引出作为输出端，如图1所示，发光二极管等发光元件负责完成电到光的转化，然后由受光元件把光还原为电信号供给后续的信号处理电路，中间实现电绝缘，如图2所示。以设计一个典型的数字型光电耦合器为例，其常用于传输数字信号或者开关电路。首先前置电路的电流经过发光器件，如果采用红外光发光管，就会将电信号转化为红外光线。红外光线照射到光敏元件上产生光生载流子，完成光信号还原成电信号的转换，由于光敏器件提供的是微弱的电流信号，对于数字电路来说，要转化成所需要的标准电平信号，所以后面需要接一个低阻抗高增益的跨阻放大电路，通常会采用电压并联负反馈来降低输入阻抗并决定电路的增益系数。跨阻放大器的输出信号会通过比较器与基准电压进行比较，经比较之后的电压信号再经过整形电路最终变成标准的逻辑电平信号。如图3所示，现有的光电耦合电路包括如下模块：(1)跨阻放大器模块(TIA)输入信号往往是微弱的电流信号只有微安级别甚至纳安级别，需要通过跨阻电路将微弱的光生电流信号变为可以处理的电压信号，同时进行放大便于后续电路对信号作进一步处理。在设计时要求尽量具有较低的输入阻抗和电流利用率，这是光电耦合器的核心电路。(2)比较器模块(COMP)由于光接受端会将外界的光信号都转化为电流，然而不是所有的输入都是有效动作，所以我们对输入信号做了阈值限定，只有超过某个值时才视为一个有效的动作，因此我们将跨阻放大器输出的电压信号与我们设置的阈值电压信号Vth进行比较，将脉冲信号转化为开关信号，这不仅有助于提取出有用的信号，而且这也有助于消除系统内部的噪声以及光敏器件的暗电流可能引起的干扰信号。(3)整形缓冲电路模块(Filter,Open-drainoutputbuffer)电路中不可避免的存在寄生电容、电感等非理想因素的影响，输出波形的上升沿和下降沿偏离理想状态会有较大的延时时间，这对于高速开关的控制信号是不利的，所以需要利用一个整形电路将得到的开关信号进行整形，降低延时时间，进一步提高电路的工作频率。(4)电流偏置电路模块(Biascircuit)由于电路中存在多级放大电路，每级的放大电路都需要工作在放大区，需要使它们在静态时具有合适的直流工作点，所以电流偏置模块负责提供系统各个模块所需要的偏置电压或偏置电流。跨阻放大器是当今许多光电系统的重要组成部分，可以在很多应用场景中找到，例如光频率合成器(OFS)、本地机对机通信以及光载无线电网络，在这些情况下如果采用电互连，传输速度会遭受非常大的损失。传统的跨阻放大器包括共源放大器、共漏放大器和共源共栅放大器。如图4所示的受控共源共栅(RGC)的拓扑结构。RGC结构的跨阻放大器提供了低输入阻抗，这对于在光接收器中实现高带宽是必不可少的。输入阻抗小是由于使用了负反馈。M2和M3构成了共源共级结构(Cascode)，其中M2称作输入器件，M3称作共源共栅器件，假设M2和M3都工作在饱和区，且不考虑沟道长度调制效应，即λ＝0，λ代表的沟道长度调制系数，可以看出M2产生的漏电流全部都流入了M3，所以共源共栅的增益和共源级的增益是相同的，在不考虑M1的输入电阻的情况下，增益如式1所示：ID3＝gm2Vin(1)M3输出的电流流入M1进入一个带有源级负反馈的共源级进行放大，流过RS的电流为：Vin＝V1+IOUTRS(2)在Rs的结点处列结点电流方程可以得出增益为总的增益Gm等于共源共栅级和共源级的增益之积由于RGC输入级用作电流缓冲器，因此需要第二个电压增益级，一般选择共漏型电压增益级，共漏型电压增益级在的漏极处提供的寄生电容小于共源电压增益级，从而使带宽变差的程度较小。此外，共漏型电压增益级还可调节来自RGC输入级的直流电平。但是，共漏型电压增益级可能会降低总的开环增益并降低电路的线性度。高速光电耦合器由于其优秀的电气隔离特性在自动控制、医疗通信等领域内都有着广泛的应用。但现有光电耦合电路，大部分采用双极电路制作，响应速度慢，而且光电流的利用率较低，需要很强的入射光，才能保证信号正常的反应，因此具有响应速度慢，光电流利用率低以及抗干扰能力弱等问题。
技术实现思路
[技术问题]现有的光电耦合器响应速度慢，光电流利用率低以及抗干扰能力弱。[技术方案]本技术提供一种新型高速光电耦合集成电路，包括：电流偏置电路、跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路；所述电流偏置电路、跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路依次级联；所述电流偏置电路提供跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路所需的偏置电压或偏置电流；所述跨阻电路将微弱的光生电流信号变为可以处理的电压信号，同时进行放大便于后续电路对信号作进一步处理；所述比较器电路用于将跨阻电路输出的电压信号与设置的阈值电压信号进行比较，将脉冲信号转化为开关信号；所述整形缓冲电路将开关信号进行整形，降低延时时间；所述跨阻电路采用电流复用可控共源共栅跨阻，包括上下对称的两部分，每一部分包括：跨阻偏置电路、跨阻负反馈、电容，跨阻电路的输入级与电流偏置电路、跨阻负反馈连接，所述跨阻偏置电路为镜像电流电路，镜像电流电路与输入级之间连接有一交流耦合电容器；所述比较器电路包括：偏置电路，放大电路，所述比较器电路的输入级串联一个有源负载，所述输入端与放大电路连接；所述整形电路由两级反相器构成。在本技术的一种实施方式中，所述跨阻电路包括P型晶体管MP11、MP12、MP13，N型晶体管MN11、MN12、MN13，交流耦合电容器C1、C2和跨阻偏置电路；MP11的漏端连接MN11的漏端，MP11的漏端和MN11的漏端分别连接输出端；MP11的源端、MP12的栅端、C1和跨阻偏置电路分别两两连接，C1连接输入端；MP11的栅端、MN11的栅端、MP13和MN13的漏端分别两两连接；MP12的源端分别连接跨阻偏置电路和电源，MP12的漏端连接MP13的源端；MP13的栅端分别连接MN13的栅端和偏置电压；MN13的栅端连接偏置电压；MN11的源端、MN12的栅端、C2和跨阻偏置电路分别两两连接；MN12的漏端连接MN13的源端，MN12的源端分别连接偏置电路和接地；MN13的栅端连接偏置电压。在本技术的一种实施方式中，所述比较电路包括：P型晶体管MP21、MP22、MP23、MP24、MP25、MP26，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高速光电耦合集成电路，其特征在于，包括：电流偏置电路、跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路；/n所述电流偏置电路、跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路依次级联；/n所述电流偏置电路提供跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路所需的偏置电压或偏置电流；所述跨阻电路将微弱的光生电流信号变为可以处理的电压信号，同时进行放大便于后续电路对信号作进一步处理；所述比较器电路用于将跨阻电路输出的电压信号与设置的阈值电压信号进行比较，将脉冲信号转化为开关信号；所述整形缓冲电路将开关信号进行整形，降低延时时间；/n所述跨阻电路采用电流复用可控共源共栅跨阻，包括上下对称的两部分，每一部分包括：跨阻偏置电路、跨阻负反馈、电容，跨阻电路的输入级与电流偏置电路、跨阻负反馈连接，所述跨阻偏置电路为镜像电流电路，镜像电流电路与输入级之间连接有一交流耦合电容器；/n所述比较器电路包括：偏置电路，放大电路，所述比较器电路的输入级串联一个有源负载，所述输入级与放大电路连接；/n所述整形缓冲电路由两级反相器构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型高速光电耦合集成电路，其特征在于，包括：电流偏置电路、跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路；
所述电流偏置电路、跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路依次级联；
所述电流偏置电路提供跨阻电路、比较器电路、整形缓冲电路所需的偏置电压或偏置电流；所述跨阻电路将微弱的光生电流信号变为可以处理的电压信号，同时进行放大便于后续电路对信号作进一步处理；所述比较器电路用于将跨阻电路输出的电压信号与设置的阈值电压信号进行比较，将脉冲信号转化为开关信号；所述整形缓冲电路将开关信号进行整形，降低延时时间；
所述跨阻电路采用电流复用可控共源共栅跨阻，包括上下对称的两部分，每一部分包括：跨阻偏置电路、跨阻负反馈、电容，跨阻电路的输入级与电流偏置电路、跨阻负反馈连接，所述跨阻偏置电路为镜像电流电路，镜像电流电路与输入级之间连接有一交流耦合电容器；
所述比较器电路包括：偏置电路，放大电路，所述比较器电路的输入级串联一个有源负载，所述输入级与放大电路连接；
所述整形缓冲电路由两级反相器构成。


2.如权利要求1所述的一种新型高速光电耦合集成电路，其特征在于，所述跨阻电路包括P型晶体管MP11、MP12、MP13，N型晶体管MN11、MN12、MN13，交流耦合电容器C1、C2和跨阻偏置电路；
MP11的漏端连接MN11的漏端，MP11的漏端和MN11的漏端分别连接输出端；MP11的源端、MP12的栅端、C1和跨阻偏置电路分别两两连接，C1连接输入端；MP11的栅端、MN11的栅端、MP13和MN13的漏端分别两两连接；MP12的源端分别连接跨阻偏置电路和电源，MP12的漏端连接MP13的源端；MP13的栅端分别连接MN13的栅端和偏置电压；MN13的栅端连接偏置电压；
MN11的源端、MN12的栅端、C2和跨阻偏置电路分别两两连接；MN12的漏端连接MN13的源端，MN12的源端分别连接偏置电路和接地；MN13的栅端连接偏置电压。


3.如权利要求2所述的一种新型高速光电耦合集成电路，其特征在于，所述比较器电路包括：P型晶体管MP21、MP22、MP23、MP24、MP25、MP26，N型晶体管MN21、MN22、MN23、MN24、MN25；
MP21、MP22、MP23、MP24、MP25、MP26、MP27的源端分别两两连接；
MP22、MP23、MP24、MP...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜岩峰，李茹，姜淋馨，
申请(专利权)人：南京明尼晶磁电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32