單片集成的可變?cè)鲆婵梢?jiàn)光接收機(jī)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光傳輸信號(hào)的接收，并盡可能減小接收機(jī)的體積，適應(yīng)不同亮度下的傳輸，利用0．18μm CMOS工藝，自主設(shè)計(jì)光探測(cè)器、跨阻放大器、主放大器并集成于一片，形成單片集成的可見(jiàn)光控制的智能家具系統(tǒng)的測(cè)試，證明該接收機(jī)擁有良好的接收效果并能適應(yīng)可見(jiàn)光的低傳輸速率，且有較大的輸入動(dòng)態(tài)范圍。
關(guān)鍵詞：可見(jiàn)光；單片集成；開(kāi)關(guān)電路；RGC；反相器

近年來(lái)，隨著社會(huì)信息化程度不斷提高，信息交換量呈爆炸性增長(zhǎng)，而人們也不再局限于對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)傳輸速率的追求，開(kāi)始在應(yīng)用領(lǐng)域以及安全性問(wèn)題上進(jìn)行更廣泛的探索研究?？梢?jiàn)光通信就是近幾年發(fā)展火熱的通信方式之一。與目前使用的無(wú)線局域網(wǎng)相比，“可見(jiàn)光通信”系統(tǒng)具有安全性高的特點(diǎn)。用窗簾遮住光線，信息就不會(huì)外泄至室外，同時(shí)使用多臺(tái)電腦也不會(huì)影響通信速度。由于不使用無(wú)線電波通信，對(duì)電磁信號(hào)敏感的醫(yī)院、飛機(jī)等場(chǎng)所也可以自由使用該系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)工藝方面，以往多采用砷化鎵或者雙極性硅工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，但它們有成本高、功耗大、集成度低的缺點(diǎn)。近幾年來(lái)，高成品率、低成本的CMOS工藝已被廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)芯片的設(shè)計(jì)中。本文即采用0．18μm CMOS工藝實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光接收機(jī)的單片集成。

1 電路設(shè)計(jì)
1．1 電路的整體設(shè)計(jì)
如圖1所示，本次設(shè)計(jì)的光接收機(jī)由光探測(cè)器、開(kāi)關(guān)電路、前置放大器、主放大器、濾波電容、反相器等部分構(gòu)成。由于自然光的影響，探測(cè)器在數(shù)據(jù)0傳輸時(shí)也會(huì)有微弱的電流輸出，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格控制放大器的放大倍數(shù)于合理的范圍，既要滿足高電平的放大，也要避免低電平放大后達(dá)到開(kāi)啟電壓。

1．2 光探測(cè)器
該設(shè)計(jì)的光探測(cè)器是利用N井屏蔽襯底載流子的雙光電二極管DPD結(jié)構(gòu)。CMOS工藝中用來(lái)實(shí)現(xiàn)源漏區(qū)的離子注入被用來(lái)形成DPD的陰陽(yáng)極。制作方法為在N井內(nèi)制作P+又指排列電極，并利用N+擴(kuò)散引出N井電極，N井周?chē)籔+保護(hù)環(huán)包圍。P+叉指結(jié)構(gòu)排列是為了增加耗盡區(qū)寬度且使耗盡區(qū)電場(chǎng)更加均勻，以利于更多的光生載流子做快速漂移運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)實(shí)測(cè)，在一般室內(nèi)照明下，由于探測(cè)器至光源距離不同，該探測(cè)器輸出電流在1．5～3．5μA之間，而在關(guān)閉光源的情況下有約0．1 μA的輸出。
1．3 開(kāi)關(guān)電路
由于本次采用單片集成的設(shè)計(jì)，所以為了避免探測(cè)器長(zhǎng)時(shí)間向放大電路輸入電流，故在探測(cè)器與放大電路間加入開(kāi)關(guān)電路。開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)如圖2所示，a、b端分別連接探測(cè)器和放大器，SEL接高電位時(shí)開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通，反之截止。

由于開(kāi)關(guān)電路導(dǎo)通時(shí)即相當(dāng)于短路，不會(huì)引入附加的電容、電阻，帶寬也遠(yuǎn)高于放大電路主體，故不會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生影響。