用于光探測和測量的光環(huán)形振蕩器傳感器(06-100)

　　環(huán)形振蕩器廣泛地應(yīng)用在時鐘產(chǎn)生和系統(tǒng)定標(biāo)的集成電路中。芯片制造商經(jīng)常用新的制造技術(shù)制造環(huán)形振蕩器和測量其振蕩頻率。這提供了有關(guān)數(shù)字電路基本構(gòu)建單元—反向器電路傳播延遲時間的直接信息。

　　簡單的環(huán)形振蕩器由奇數(shù)個反向器串聯(lián)構(gòu)成，最后級的輸出饋入第1級的輸入。從反饋通路分接輸出并緩沖輸出，使其有更好的時鐘性能。與諧振和張弛振蕩器不同，環(huán)形振蕩器可以提供多相時鐘波形，每個時鐘來自單獨(dú)反相器的輸出而且相鄰反相器輸出的相位是不同的。環(huán)形振蕩器所產(chǎn)生的方波頻率f為：

　　f=1(2Ntpd)

　　其中N是環(huán)形振蕩器鏈路中的反向器數(shù)，tpd是所用反相器的傳播延遲。本文所述的光使能環(huán)形振蕩器可以方便的用于探測光和測量光強(qiáng)非常小的變化。

　　光環(huán)形振蕩器電路示于圖1，它是由5個電阻加載的雙極反向器級組成的。電路中所用光電晶體管BP×38是Siemens Microelectronics 公司的產(chǎn)品。環(huán)形振蕩器外部1個附加晶體管級是用做為緩沖器級，以改善輸出波形和提供驅(qū)動電流緩沖。BP×38是中等增益的NPN硅光電晶體管，封裝為T018金屬管殼，帶1個集成的平面透鏡。它具有90度寬接收角，這很容易自由空間耦合。它具有300nA室溫暗電流。

　　做成1個環(huán)形晶體管可接收光，而把其他晶體管閉鎖，把它們的透鏡涂上黑色。當(dāng)上電時，電路振蕩并產(chǎn)生方波，其占空比敏感于光強(qiáng)度的小變化?？梢詷?gòu)建兩個相同的電路，其中1個電路用做無光參考。然后，可用鎖相環(huán)精確測量兩個通道之間的相位差。

　　用655nm紅光半導(dǎo)體激光器二極管照射，在入射光強(qiáng)度小于50微瓦時可引起1個全時間周期的最大時鐘相移。對于光強(qiáng)度的較大變化，振蕩頻率本身是變化的，并將指明光的存在是否。(魯)