專利名稱:低功耗高速光電耦合器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開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、偏置電壓和電流產(chǎn)生器，所述電路輸出級采用級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路，所述級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路包括至少二對PMOS管和NMOS管，所述每個PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路的輸出端。本實用新型能夠降低光電耦合電路的噪聲，實現(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。
【專利說明】低功耗高速光電絹合器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實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)碾娦盘栕兓俣?，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通過電一光一電的轉(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)動器中的高壓三極管隔離等。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，如中國實用新型專利CN201533301U公開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開關(guān)管大尺寸的PMOS和NMOS組成，沒有精確控制PMOS和NMOS的開啟時間，開啟時間很短(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，會對其他的電路工作產(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，通過對電路輸出級采用級聯(lián)式逐級驅(qū)動開光電路，降低光電耦合電路的噪聲，實現(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、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，電路輸出級的漏極作為光敏集成電路的信號輸出端，所述電路輸出級采用級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路，所述級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路包括至少二對PMOS管和NMOS管，所述每個PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(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)生器包括一個電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器和兩個電流源，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，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0011]本實用新型的電路輸出級采用級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(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)動電流小，和其他輸入接口電路兼容。

【附圖說明】

[0012]圖1是【背景技術(shù)】中現(xiàn)有技術(shù)的單開關(guān)驅(qū)動電路示意圖。
[0013]圖2是實施例一中本實用新型的電路框圖。
[0014]圖3是實施例一中本實用新型的級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路圖。
[0015]圖4是實施例一中本實用新型的偏置電壓和電流產(chǎn)生器的電路示意圖。
[0016]圖5是實施例一中本實用新型的跨阻放大器電路的電路示意圖。
[0017]圖6是實施例一中本實用新型的運(yùn)算放大器電路的電路示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步描述:
[0019]實施例一:參見圖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、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，電路輸出級的漏極作為光敏集成電路的信號輸出端，所述電路輸出級采用級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路，所述級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路包括至少二對PMOS管和NMOS管，所述每個PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路的輸出端，所述五對PMOS和NMOS開關(guān)逐級開通，將很短的沒有精確控制的開啟時間分別進(jìn)行依次精確延遲開啟，將增加總的開啟時間(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，對其他的電路工作影響減小。
[0020]本實施例中，所述偏置電壓和電流產(chǎn)生器包括一個電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器和兩個電流源，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的輸出電壓信號放大為輸出電壓；電路輸出級的功能是將上一級的輸出信號轉(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，整個器件功耗降低到原來的二分之一左右，達(dá)到了低功耗的目的。
【權(quán)利要求】
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、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，電路輸出級的漏極作為光敏集成電路的信號輸出端，其特征在于:所述電路輸出級采用級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路，所述級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路包括至少二對PMOS管和NMOS管，所述每個PMOS管和NMOS管的柵極均連接有一個電容和電阻，并分別經(jīng)電阻連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(guān)輸出電路的輸入端，所述每個PMOS管和NMOS管的漏極均連接到級聯(lián)式逐級驅(qū)動開關(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)生器包括一個電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生器和兩個電流源，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。
【文檔編號】H03K19-14GK204272076SQ201420616323
【發(fā)明者】胡泓波 [申請人]蘇州半導(dǎo)體總廠有限公司