低功耗高速光電耦合器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光電學(xué)元件，具體涉及一種光電耦合器，尤其涉及一種低功耗高速光電親合器。
【背景技術(shù)】
[0002]光電親合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件，它由發(fā)光源和受光器件兩部分組成，發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離，發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。根據(jù)光電親合器傳輸?shù)碾娦盘?hào)變化速度，可以將光電親合器分為低速光電親合器和高速光電親合器兩大類。
[0003]高速光電耦合器可以將高速輸入的邏輯電平信號(hào)通過(guò)電一光一電的轉(zhuǎn)換成輸出邏輯電平，并達(dá)到絕緣和隔離的目的。高速光電耦合器應(yīng)用范圍廣泛，如:微處理器系統(tǒng)界面；開(kāi)關(guān)電源；數(shù)據(jù)隔離；高速邏輯系統(tǒng)的隔離；儀器儀表的輸入/輸出隔離；替代變壓器、驅(qū)動(dòng)器中的高壓三極管隔離等。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，如中國(guó)實(shí)用新型專利CN201533301U公開(kāi)了一種用于光電耦合器的光敏接收電路，由光敏二極管、電流-電壓轉(zhuǎn)換放大電路、輸出三極管組成，所述電流-電壓轉(zhuǎn)換放大電路包括跨阻放大器、運(yùn)算放大器、輸出三極管、偏置電壓和電流產(chǎn)生器，光敏二極管的輸出連接至跨阻放大器電路的輸入端，跨阻放大器電路的輸出端經(jīng)運(yùn)算放大器電路連接至輸出三極管的基極，輸出三極管的集電極作為光敏接收電路的信號(hào)輸出端。上述技術(shù)方案中，輸出電路采用大尺寸的到相器，如圖1所示，所述到相器由MOS開(kāi)關(guān)管大尺寸的PMOS和NMOS組成，沒(méi)有精確控制PMOS和NMOS的開(kāi)啟時(shí)間，開(kāi)啟時(shí)間很短(如dt=2ns )，噪聲電壓為V=L*dI/dt, L為引線和引線框的寄生電感L=1nH, dt=2ns, dI=50mA, V=250mV,噪聲較大，會(huì)對(duì)其他的電路工作產(chǎn)生重大干擾的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種低功耗高速光電耦合器，通過(guò)對(duì)電路輸出級(jí)采用級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)光電路，降低光電耦合電路的噪聲，實(shí)現(xiàn)光電耦合電路的低工作電壓，提高光電耦合電路的傳輸速率。
[0006]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種低功耗高速光電耦合器，包括發(fā)光源和光敏集成電路，所述光敏集成電路包括光敏二極管、跨阻放大器電路、運(yùn)算放大器電路、電路輸出級(jí)、偏置電壓和電流產(chǎn)生器，所述光敏二極管的輸出連接至跨阻放大器電路的輸入端，所述跨阻放大器電路的輸出端經(jīng)運(yùn)算放大器電路連接至電路輸出極的基極，電路輸出級(jí)的漏極作為光敏集成電路的信號(hào)輸出端，所述電路輸出級(jí)采用級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路，所述級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路包括至少二對(duì)PMOS管和NMOS管，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個(gè)電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸出端。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述偏置電壓和電流產(chǎn)生器包括一個(gè)電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器和兩個(gè)電流源，電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器的輸出連接至光敏二極管的負(fù)極，兩個(gè)電流源的輸出分別連接至跨阻放大器電路和運(yùn)算放大器電路，提供偏置電流。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述跨阻放大器電路包括放大器、反饋電阻和反饋電容，所述反饋電阻和反饋電容并聯(lián)連接于放大器的反相輸入端和輸出端之間，光敏二極管的正極連接至放大器的反相輸入端，放大器的正相輸入端接地。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述運(yùn)算放大器電路由電壓放大器、輸入電阻、反饋電阻、鉗置電壓電路組成，反饋電阻和鉗置電壓電路并聯(lián)連接在電壓放大器的反相輸入端和輸出端之間，跨阻放大器電路的輸出經(jīng)輸入電阻連接至電壓放大器的反相輸入端，電壓放大器的正相輸入端接地。
[0010]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0011]本實(shí)用新型的電路輸出級(jí)采用級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路，降低了光電耦合電路的噪聲，可以降低光電耦合電路的工作電壓，使得光電耦合電路可以設(shè)計(jì)更低的閾值光敏電流工作，這樣所需的輸入紅外發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電流小，和其他輸入接口電路兼容。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是【背景技術(shù)】中現(xiàn)有技術(shù)的單開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路示意圖。
[0013]圖2是實(shí)施例一中本實(shí)用新型的電路框圖。
[0014]圖3是實(shí)施例一中本實(shí)用新型的級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路圖。
[0015]圖4是實(shí)施例一中本實(shí)用新型的偏置電壓和電流產(chǎn)生器的電路示意圖。
[0016]圖5是實(shí)施例一中本實(shí)用新型的跨阻放大器電路的電路示意圖。
[0017]圖6是實(shí)施例一中本實(shí)用新型的運(yùn)算放大器電路的電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0019]實(shí)施例一:參見(jiàn)圖2至6所不，一種低功耗高速光電親合器，包括發(fā)光源和光敏集成電路，所述光敏集成電路包括光敏二極管、跨阻放大器電路、運(yùn)算放大器電路、電路輸出級(jí)、偏置電壓和電流產(chǎn)生器，所述光敏二極管的輸出連接至跨阻放大器電路的輸入端，所述跨阻放大器電路的輸出端經(jīng)運(yùn)算放大器電路連接至電路輸出極的基極，電路輸出級(jí)的漏極作為光敏集成電路的信號(hào)輸出端，所述電路輸出級(jí)采用級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路，所述級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路包括至少二對(duì)PMOS管和NMOS管，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個(gè)電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸出端，所述五對(duì)PMOS和NMOS開(kāi)關(guān)逐級(jí)開(kāi)通，將很短的沒(méi)有精確控制的開(kāi)啟時(shí)間分別進(jìn)行依次精確延遲開(kāi)啟，將增加總的開(kāi)啟時(shí)間(如:dt=10ns)，噪聲電壓為V=L*dI/dt，L為引線和引線框的寄生電感L=1nH, dt=10ns，dI=50mA, V=50mV，減少系統(tǒng)的噪聲，對(duì)其他的電路工作影響減小。
[0020]本實(shí)施例中，所述偏置電壓和電流產(chǎn)生器包括一個(gè)電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器和兩個(gè)電流源，電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器的輸出連接至光敏二極管的負(fù)極，兩個(gè)電流源的輸出分別連接至跨阻放大器電路和運(yùn)算放大器電路，提供偏置電流。
[0021]所述跨阻放大器電路包括放大器、反饋電阻和反饋電容，所述反饋電阻和反饋電容并聯(lián)連接于放大器的反相輸入端和輸出端之間，光敏二極管的正極連接至放大器的反相輸入端，放大器的正相輸入端接地。
[0022]所述運(yùn)算放大器電路由電壓放大器、輸入電阻、反饋電阻、鉗置電壓電路組成，反饋電阻和鉗置電壓電路并聯(lián)連接在電壓放大器的反相輸入端和輸出端之間，跨阻放大器電路的輸出經(jīng)輸入電阻連接至電壓放大器的反相輸入端，電壓放大器的正相輸入端接地。
[0023]其中，光敏二極管的功能是將紅外發(fā)光二極管輸入的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成光電流；跨阻放大器電路的功能是將光電流高速轉(zhuǎn)換成輸出電壓；運(yùn)算放大器電路的功能是將上一級(jí)的輸出電壓信號(hào)放大為輸出電壓；電路輸出級(jí)的功能是將上一級(jí)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成邏輯電平輸出，輸出端可與后綴CMOS電路兼容；偏置電壓和電流產(chǎn)生器功能塊產(chǎn)生光敏二極管的偏置電壓、跨阻放大器電路和運(yùn)算放大器電路的偏置電流。
[0024]本實(shí)用新型由于有效的降低了電路的噪聲，使光電耦合器的工作電壓由原來(lái)的5V左右降低到3V左右，工作電流降低至原有工作電流的一半左右，整個(gè)器件功耗降低到原來(lái)的二分之一左右，達(dá)到了低功耗的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低功耗高速光電親合器，包括發(fā)光源和光敏集成電路，所述光敏集成電路包括光敏二極管、跨阻放大器電路、運(yùn)算放大器電路、電路輸出級(jí)、偏置電壓和電流產(chǎn)生器，所述光敏二極管的輸出連接至跨阻放大器電路的輸入端，所述跨阻放大器電路的輸出端經(jīng)運(yùn)算放大器電路連接至電路輸出極的基極，電路輸出級(jí)的漏極作為光敏集成電路的信號(hào)輸出端，其特征在于:所述電路輸出級(jí)采用級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路，所述級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路包括至少二對(duì)PMOS管和NMOS管，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個(gè)電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗高速光電耦合器，其特征在于:所述偏置電壓和電流產(chǎn)生器包括一個(gè)電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器和兩個(gè)電流源，電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器的輸出連接至光敏二極管的負(fù)極，兩個(gè)電流源的輸出分別連接至跨阻放大器電路和運(yùn)算放大器電路，提供偏置電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗高速光電耦合器，其特征在于:所述跨阻放大器電路包括放大器、反饋電阻和反饋電容，所述反饋電阻和反饋電容并聯(lián)連接于放大器的反相輸入端和輸出端之間，光敏二極管的正極連接至放大器的反相輸入端，放大器的正相輸入端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低功耗高速光電耦合器，其特征在于:所述運(yùn)算放大器電路由電壓放大器、輸入電阻、反饋電阻、鉗置電壓電路組成，反饋電阻和鉗置電壓電路并聯(lián)連接在電壓放大器的反相輸入端和輸出端之間，跨阻放大器電路的輸出經(jīng)輸入電阻連接至電壓放大器的反相輸入端，電壓放大器的正相輸入端接地。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低功耗高速光電耦合器，包括發(fā)光源和光敏集成電路，所述光敏集成電路包括光敏二極管、跨阻放大器電路、運(yùn)算放大器電路、電路輸出級(jí)、偏置電壓和電流產(chǎn)生器，所述電路輸出級(jí)采用級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路，所述級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路包括至少二對(duì)PMOS管和NMOS管，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個(gè)電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個(gè)PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級(jí)聯(lián)式逐級(jí)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出電路的輸出端。本實(shí)用新型能夠降低光電耦合電路的噪聲，實(shí)現(xiàn)光電耦合電路的低工作電壓，提高光電耦合電路的傳輸速率。
【IPC分類】H03K19-14
【公開(kāi)號(hào)】CN204272076
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420616323
【發(fā)明人】胡泓波
【申請(qǐng)人】蘇州半導(dǎo)體總廠有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月15日
【申請(qǐng)日】2014年10月23日