光接收電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電隔離技術(shù)，尤其涉及一種光接收電路。
【背景技術(shù)】
[0002]光電耦合器作為一種十分常用的光電隔離器件，被廣泛應(yīng)用于電源控制與穩(wěn)壓系統(tǒng)、CAN和I2C總線通信、過(guò)程控制和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。
[0003]光電耦合器的基本原理為:控制模塊產(chǎn)生控制電流信號(hào)，控制電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管產(chǎn)生光信號(hào)，光信號(hào)照射到光接收電路中的光電二極管上后，光電二極管在光信號(hào)的激勵(lì)下產(chǎn)生光生電流，然后通過(guò)特定電路將光生電流轉(zhuǎn)換為電壓控制信號(hào)并傳輸?shù)绞芸啬K。
[0004]在總線通信領(lǐng)域，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，要求光電耦合器的輸出信號(hào)具有較小的傳輸延遲。圖1示出了一種現(xiàn)有的能降低傳輸延遲時(shí)間的光接收電路，該電路利用運(yùn)放Amp07與電阻R13構(gòu)成的跨阻放大器，在X點(diǎn)產(chǎn)生電壓信號(hào)V，利用電容Cl產(chǎn)生位移電流Cl*dV/dt，上述位移電流與光生電流在Y點(diǎn)疊加，并通過(guò)運(yùn)放Amp05與電阻R9構(gòu)成的跨阻放大器在Z點(diǎn)產(chǎn)生控制電壓信號(hào)，由于位移電流和光電流的疊加，降低了 Z點(diǎn)電壓的上升/下降時(shí)間，從而起到降低傳輸延遲時(shí)間的效果。但是，圖1所示的光接收電路對(duì)傳輸延遲時(shí)間的改善效果并不大，其原因如下:圖1中光接收電路的信號(hào)延遲主要由三部分構(gòu)成:其一，運(yùn)放Amp05與電阻R9構(gòu)成的跨阻放大器產(chǎn)生的信號(hào)延遲，其二，電阻R1、Rll和運(yùn)放Amp06構(gòu)成的反相放大器產(chǎn)生的信號(hào)延遲，其三，電阻R12、輸出三極管Q和上拉電阻RL構(gòu)成的輸出級(jí)產(chǎn)生的信號(hào)延遲；由于光接收電路需具備一定的扇出能力，通常在設(shè)計(jì)時(shí)采用大尺寸的輸出三極管，導(dǎo)致輸出三極管基區(qū)載流子存儲(chǔ)效應(yīng)變得很?chē)?yán)重，使得輸出級(jí)關(guān)斷產(chǎn)生的延遲在總的傳輸延遲時(shí)間中所占比例最大，所以，盡管圖1的光接收電路能夠在一定程度上降低輸出級(jí)之前線路的傳輸延遲時(shí)間，但是其對(duì)整個(gè)光接收電路的傳輸延遲時(shí)間的改善并不顯著。
[0005]為了改善光接收電路的傳輸延遲時(shí)間，本領(lǐng)域技術(shù)人員還提出了圖2的光接收電路結(jié)構(gòu)，圖中所示的光接收電路，利用了 F點(diǎn)的電壓來(lái)控制輔助三極管Q4的開(kāi)啟與關(guān)斷，從而達(dá)到輔助關(guān)斷輸出三極管Q3的目的，但該光接收電路仍存在如下問(wèn)題:1)在高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，要求輸入跨阻放大器采用低的跨阻值來(lái)獲得大的帶寬，使得F點(diǎn)的電壓擺幅較小，特別地，在單片集成的光接收電路中，集成的光電二極管的靈敏度遠(yuǎn)低于單管，這進(jìn)一步降低了 F點(diǎn)的電壓擺幅，導(dǎo)致輔助三極管Q4無(wú)法關(guān)斷；2)從F點(diǎn)到輸出三極管Q3基極的信號(hào)與從F點(diǎn)到輔助三極管Q4基極的信號(hào)存在顯著的時(shí)間延遲，如圖3所示，該時(shí)間延遲使得輔助三極管Q4提前開(kāi)啟，從而導(dǎo)致輸出三極管Q3提前關(guān)斷，影響光接收電路的輸出波形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)【背景技術(shù)】中的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種光接收電路，其結(jié)構(gòu)為:所述光接收電路由4個(gè)運(yùn)算放大器、8個(gè)匹配電阻、輸出三極管、輔助三極管和光電二極管組成； 第一運(yùn)算放大器的輸入端與光電二極管的陽(yáng)極連接，第一運(yùn)算放大器的輸出端與第二匹配電阻的一端連接，第二匹配電阻的另一端與第二運(yùn)算放大器的輸入端連接，第二運(yùn)算放大器的輸出端與第四匹配電阻的一端連接，第四匹配電阻的另一端與輸出三極管的基極連接；輸出三極管的集電極開(kāi)路，輸出三極管的發(fā)射極接地；
第一匹配電阻的兩端分別與第一運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端連接，第一匹配電阻和第一運(yùn)算放大器形成第一跨阻放大器；第三匹配電阻的兩端分別與第二運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端連接，第二匹配電阻、第三匹配電阻和第二運(yùn)算放大器形成第一反相放大器；
光電二極管的陰極與第三運(yùn)算放大器的輸入端連接，第三運(yùn)算放大器的輸出端與第七匹配電阻的一端連接，第七匹配電阻的另一端與第四運(yùn)算放大器的輸入端連接，第四運(yùn)算放大器的輸出端與第六匹配電阻的一端連接，第六匹配電阻的另一端與輔助三極管的基極連接，輔助三極管的發(fā)射極接地，輔助三極管的集電極與輸出三極管的基極連接；
第五匹配電阻的兩端分別與第三運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端連接，第五匹配電阻和第三運(yùn)算放大器形成第二跨阻放大器；第八匹配電阻的兩端分別與第四運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端連接，第七匹配電阻、第八匹配電阻和第四運(yùn)算放大器形成第二反相放大器；
所述光電二極管用于接收外部光激勵(lì)；第一跨阻放大器和第一反相放大器所在的線路記為主電路，第二跨阻放大器和第二反相放大器所在的線路記為輔助線路；光接收電路通過(guò)主電路控制輸出三極管的開(kāi)啟和關(guān)斷，光接收電路通過(guò)輔助線路控制輔助三極管的開(kāi)啟和關(guān)斷；輸出三極管開(kāi)啟時(shí)，輔助三極管處于關(guān)斷狀態(tài)；輸出三極管關(guān)斷時(shí)，輔助三極管處于開(kāi)啟狀態(tài)；
輔助三極管能夠在輸出三極管關(guān)斷時(shí)，將輸出三極管基極上存儲(chǔ)的電荷快速泄放掉，從而加速輸出三極管的關(guān)斷，縮減光接收電路的傳輸延遲。
[0007]本發(fā)明的原理是:基于現(xiàn)有理論可知，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，三極管基區(qū)存在載流子存儲(chǔ)效應(yīng)，使得三極管的關(guān)斷時(shí)間遠(yuǎn)大于開(kāi)啟時(shí)間，光接收電路的輸出晶體管需要驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載，典型的負(fù)載電容值為15pF，使得輸出晶體管需采用大尺寸的三極管，從而加重了基區(qū)載流子存儲(chǔ)效應(yīng)，增加了關(guān)斷時(shí)間，導(dǎo)致光接收電路的傳輸延遲時(shí)間增長(zhǎng)；現(xiàn)有技術(shù)中，雖然引入了輔助三極管對(duì)輸出三極管進(jìn)行輔助關(guān)斷，但受限于電路結(jié)構(gòu)，在高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用中，輔助三極管將無(wú)法關(guān)斷，嚴(yán)重時(shí)將使得輸出三極管無(wú)法正常開(kāi)啟，導(dǎo)致光接收電路功能失效；另外，現(xiàn)有技術(shù)中，顯著的時(shí)間延遲將影響光接收電路的輸出波形；而采用本發(fā)明方案后，由第七匹配電阻、第八匹配電阻和第四運(yùn)算放大器構(gòu)成的第二反相放大器對(duì)原來(lái)擺幅較小的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)進(jìn)行了放大，從而保證了輔助三極管的正常開(kāi)啟與關(guān)斷，同時(shí)，第二反相放大器還引入了時(shí)間延遲，減小了主電路和輔助電路兩者間控制信號(hào)的延遲差異，從而降低了時(shí)間延遲對(duì)光接收電路輸出波形的影響，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)前述目的的:
光電二極管接收到發(fā)光二極管發(fā)出的光信號(hào)后，產(chǎn)生從陰極到陽(yáng)極的光生電流，一方面，光生電流通過(guò)主電路上的第一跨阻放大器，在W點(diǎn)產(chǎn)生第一電壓控制信號(hào)，第一電壓控制信號(hào)被第一反相放大器放大，放大倍數(shù)為:_R3/R2，放大后的第一電壓控制信號(hào)加載在輸出三極管的基極，用于控制輸出三極管的開(kāi)啟與關(guān)斷；另一方面，光生電流通過(guò)輔助電路上的第二跨阻放大器，在M點(diǎn)產(chǎn)生第二電壓控制信號(hào)，第二電壓控制信號(hào)被第二反相放大器放大，放大倍數(shù)為:_R8/R7，放大后的第二控制電壓信號(hào)加載在輔助三極管的基極，用于控制輔助三極管的開(kāi)啟與關(guān)斷；當(dāng)輸出三極管的基極控制信號(hào)為開(kāi)啟時(shí)，輔助三極管處于關(guān)斷狀態(tài)，輸出三極管正常開(kāi)啟，當(dāng)輸出三極管的基極控制信號(hào)為關(guān)斷時(shí)，輔助三極管處于開(kāi)啟狀態(tài)，泄放輸出三極管的基極存儲(chǔ)電荷，從而加速了輸出三極管的關(guān)斷，第四匹配電阻和第六匹配電阻用于基極限流。相比于圖1所示結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的傳輸延遲時(shí)間更小，相比于圖2所示結(jié)構(gòu)，本發(fā)明除了具備更小的傳輸延遲時(shí)間外，還可以保證輸出三極管的工作穩(wěn)定性，以及對(duì)光接收電路的輸出波形起到優(yōu)化作用。
[0008]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在具體應(yīng)用時(shí)，還需為光接收電路連接上拉電阻。
[0009]另外，在具體應(yīng)用時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員既可以將所述光接收電路設(shè)計(jì)為單片集成式結(jié)構(gòu)，也可以將光電二極管與其余部分設(shè)置為相互獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的