單片集成的可變增益可見光接收機(jī)方案

　　1 電路設(shè)計

　　1.1 電路的整體設(shè)計

　　如圖1 所示，本次設(shè)計的光接收機(jī)由光探測器、開關(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，探測器在數(shù)據(jù)0傳輸時也會有微弱的電流輸出，所以設(shè)計時必須嚴(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)到開啟電壓。

　　1.2 光探測器

　　該設(shè)計的光探測器是利用N 井屏蔽襯底載流子的雙光電二極管DPD 結(jié)構(gòu)。CMOS 工藝中用來實(shí)現(xiàn)源漏區(qū)的離子注入被用來形成DPD的陰陽極。制作方法為在N井內(nèi)制作P+叉指排列電極，并利用N+擴(kuò)散引出N井電極，N井周圍被P+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)電場更加均勻，以利于更多的光生載流子做快速漂移運(yùn)動。

　　根據(jù)實(shí)測，在一般室內(nèi)照明下，由于探測器至光源距離不同，該探測器輸出電流在1.5~3.5 μA 之間，而在關(guān)閉光源的情況下有約0.1 μA的輸出。

　　1.3 開關(guān)電路

　　由于本次采用單片集成的設(shè)計，所以為了避免探測器長時間向放大電路輸入電流，故在探測器與放大電路間加入開關(guān)電路。開關(guān)電路設(shè)計如圖2所示，a、b端分別連接探測器和放大器，SEL 接高電位時開關(guān)電路導(dǎo)通，反之截止。

　　由于開關(guān)電路導(dǎo)通時即相當(dāng)于短路，不會引入附加的電容、電阻，帶寬也遠(yuǎn)高于放大電路主體，故不會對電路產(chǎn)生影響。

　　1.4 前置放大器

　　要把電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，一種有效的方案是采用跨阻型前置放大器，跨阻放大器具有增益穩(wěn)定，頻帶寬，以及不需要均衡電路等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　為了隔離大寄生電容，提高帶寬，本設(shè)計采用了圖4所示的RGC 結(jié)構(gòu)作為輸入級。RGC 的輸入電阻為：