单片集成的可变增益可见光接收机方案

作者：时间：2013-09-02来源：网络收藏

　　近年来，随着社会信息化程度不断提高，信息交换量呈爆炸性增长，而人们也不再局限于对无线局域网传输速率的追求，开始在应用领域以及安全性问题上进行更广泛的探索研究。可见光通信就是近几年发展火热的通信方式之一。与目前使用的无线局域网相比，“可见光通信”系统具有安全性高的特点。用窗帘遮住光线，信息就不会外泄至室外，同时使用多台电脑也不会影响通信速度。由于不使用无线电波通信，对电磁信号敏感的医院、飞机等场所也可以自由使用该系统。在设计工艺方面，以往多采用砷化镓或者双极性硅工艺来实现，但它们有成本高、功耗大、集成度低的缺点。近几年来，高成品率、低成本的CMOS工艺已被广泛应用于光通信系统芯片的设计中。本文即采用0.18 μm CMOS工艺实现了可见光接收机的单片集成。

　　1 电路设计

　　1.1 电路的整体设计

　　如图1 所示，本次设计的光接收机由光探测器、开关电路、前置放大器、主放大器、滤波电容、反相器等部分构成。由于自然光的影响，探测器在数据0传输时也会有微弱的电流输出，所以设计时必须严格控制放大器的放大倍数于合理的范围，既要满足高电平的放大，也要避免低电平放大后达到开启电压。

　　1.2 光探测器

　　该设计的光探测器是利用N 井屏蔽衬底载流子的双光电二极管DPD 结构。CMOS 工艺中用来实现源漏区的离子注入被用来形成DPD的阴阳极。制作方法为在N井内制作P+叉指排列电极，并利用N+扩散引出N井电极，N井周围被P+保护环包围。P+叉指结构排列是为了增加耗尽区宽度且使耗尽区电场更加均匀，以利于更多的光生载流子做快速漂移运动。

　　根据实测，在一般室内照明下，由于探测器至光源距离不同，该探测器输出电流在1.5~3.5 μA 之间，而在关闭光源的情况下有约0.1 μA的输出。

　　1.3 开关电路

　　由于本次采用单片集成的设计，所以为了避免探测器长时间向放大电路输入电流，故在探测器与放大电路间加入开关电路。开关电路设计如图2所示，a、b端分别连接探测器和放大器，SEL 接高电位时开关电路导通，反之截止。