跨阻放大电路及光敏芯片

文档序号:244663 发布日期:2021-11-12 浏览:75次 >En<

阅读说明:本技术 跨阻放大电路及光敏芯片 (Transimpedance amplifying circuit and photosensitive chip ) 是由 顾汉玉 徐刚 季月芬 于 2021-07-27 设计创作,主要内容包括:一种跨阻放大电路及光敏芯片,跨阻放大电路包括:第一光敏二极管、第二光敏二极管、第一反馈电阻、第二反馈电阻以及跨阻放大单元,其中:第一光敏二极管,其阳极接地,其阴极与跨阻放大单元的第一输入端耦接;第二光敏二极管,其阳极接地,其阴极与跨阻放大单元的第二输入端耦接;第一反馈电阻,其第一端与跨阻放大单元的第一输入端耦接,其第二端与跨阻放大单元的第一输出端耦接;第二反馈电阻,其第一端与跨阻放大单元的第二输入端耦接,其第二端与跨阻放大单元的第二输出端耦接;第二光敏二极管表面覆盖有阻光层,且第二光敏二极管的本征电流用于补偿第一光敏二极管的本征电流。上述方案能够提高跨阻放大电路的抗共模干扰的能力。(A transimpedance amplifier circuit and photosensitive chip, transimpedance amplifier circuit include: first photosensitive diode, second photosensitive diode, first feedback resistance, second feedback resistance and transimpedance amplification unit, wherein: the anode of the first photosensitive diode is grounded, and the cathode of the first photosensitive diode is coupled with the first input end of the transimpedance amplification unit; the anode of the second photosensitive diode is grounded, and the cathode of the second photosensitive diode is coupled with the second input end of the transimpedance amplification unit; a first feedback resistor, a first end of which is coupled to the first input end of the transimpedance amplification unit, and a second end of which is coupled to the first output end of the transimpedance amplification unit; a first end of the second feedback resistor is coupled with the second input end of the transimpedance amplification unit, and a second end of the second feedback resistor is coupled with the second output end of the transimpedance amplification unit; the surface of the second photosensitive diode is covered with the light blocking layer, and the intrinsic current of the second photosensitive diode is used for compensating the intrinsic current of the first photosensitive diode. The scheme can improve the common-mode interference resistance of the transimpedance amplification circuit.)

跨阻放大电路及光敏芯片

技术领域

本发明涉及电子技术领域,尤其涉及一种跨阻放大电路及光敏芯片。

背景技术

跨阻放大电路是实现光电转换的关键电路。传统的跨阻放大电路中,通常采用电流源作为跨阻放大电路的稳态补偿。参照图1,给出了现有的一种跨阻放大电路的结构示意图。

图1中,光敏二极管PD在接收到光照后产生μA(微安)级的光敏电流,通过跨阻放大单元对光敏电流进行放大并输出。跨阻放大单元的第一输入端“+”与第一输出端VO1之间连接有一负载电阻RF,第二输入端“-”与第二输出端VO2之间连接有一负载电阻RF。通过电流源ITH输出电流,对光敏二极管PD的本征电流进行补偿。

然而,由于电流源ITH的电流大小通常是预先设定的,与光敏二极管PD的本征电流不一致。此外,受限于工艺影响,电流源ITH输出的电流本身也会存在一定的波动。现有技术中,受限于电流源ITH,跨阻放大电路的抗共模干扰的能力较差。

发明内容

本发明实施例解决的是跨阻放大电路的抗共模干扰的能力较差。

为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种跨阻放大电路,包括:第一光敏二极管、第二光敏二极管、第一反馈电阻、第二反馈电阻以及跨阻放大单元,其中:所述第一光敏二极管,其阳极接地,其阴极与所述跨阻放大单元的第一输入端耦接;所述第二光敏二极管,其阳极接地,其阴极与所述跨阻放大单元的第二输入端耦接;所述第一反馈电阻,其第一端与所述跨阻放大单元的第一输入端耦接,其第二端与所述跨阻放大单元的第一输出端耦接;所述第二反馈电阻,其第一端与所述跨阻放大单元的第二输入端耦接,其第二端与所述跨阻放大单元的第二输出端耦接;所述第二光敏二极管表面覆盖有阻光层,且所述第二光敏二极管的本征电流用于补偿所述第一光敏二极管的本征电流。

可选的,所述跨阻放大单元包括:第一级放大电路、第二级放大电路以及第一电流源。

可选的,所述第一级放大电路包括:第一NMOS管、第三NMOS管、第一负载电阻以及第三负载电阻;所述第二级放大电路包括:第二NMOS管、第四NMOS管、第二负载电阻、以及第四负载电阻,其中:所述第一NMOS管,其栅极与所述第一光敏二极管的阴极耦接,其漏极与所述第一负载电阻的第一端、所述第二NMOS管的栅极耦接,其源极与所述第一电流源的第一端耦接;所述第一负载电阻,其第二端与所述第二NMOS管的漏极耦接;所述第二NMOS管,其漏极与所述第四NMOS管的漏极耦接,其源极与所述第二负载电阻的第一端耦接;所述第二负载电阻,其第一端与所述跨阻放大单元的第一输出端耦接,其第二端接地;所述第三NMOS管,其栅极与所述第二光敏二极管的阴极耦接,其漏极与所述第三负载电阻第一端、所述第四NMOS管的栅极耦接,其源极与所述第一电流源的第一端耦接;所述第三负载电阻,其第二端与所述第四NMOS管的漏极耦接;所述第四NMOS管,其源极与所述第四负载电阻第一端耦接;所述第四负载电阻,其第一端与所述跨阻放大单元的第二输出端耦接,其第二端接地。

可选的,所述跨阻放大单元还包括:第三级放大电路以及第二电流源。

可选的,所述第三级放大电路包括:第五NMOS管、第五负载电阻、第三反馈电阻、第六NMOS管、第六负载电阻以及第四反馈电阻,其中:所述第五NMOS管,其栅极与所述第二NMOS管的源极、所述第二负载电阻的第一端耦接,其漏极与所述第五负载电阻的第一端、所述跨阻放大单元的第二输出端耦接,其源极与所述第三反馈电阻的第一端耦接;所述第五负载电阻,其第二端与所述第二NMOS管的漏极耦接;所述第三反馈电阻,其第二端与所述第二电流源的第一端耦接;所述第六NMOS管,其栅极与所述第四NMOS管的源极、所述第四负载电阻的第一端耦接,其漏极与所述第六负载电阻的第一端、所述跨阻放大单元的第一输出端耦接,其源极与所述第四反馈电阻的第一端耦接;所述第六负载电阻,其第二端与所述第五负载电阻的第二端耦接;所述第四反馈电阻,其第二端与所述第二电流源的第一端耦接;所述第二电流源,其第二端接地。

可选的,所述第一光敏二极管的本征电流与所述第二光敏二极管的本征电流之差小于预设电流值。

可选的,所述第一光敏二极管的本征电流与所述第二光敏二极管的本征电流相等。

可选的,所述第一光敏二极管的面积与所述第二光敏二极管的面积相等,且所述第一光敏二极管与所述第二光敏二极管相邻设置。

本发明实施例还提供一种光敏芯片,包括上述提供的任一种跨阻放大电路。

与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:

在跨阻放大单元的第二输入端处设置第二光敏二极管,且第二光敏二极管表面覆盖阻光层。第二光敏二极管在无光照情况下存在本征电流,对第一光敏二极管的本征电流进行补偿。通过设置与第一光敏二极管的光学特性相同或相近的第二光敏二极管,使得第二光敏二极管的本征电流与第一光敏二极管的本征电流接近,从而能够精确地对第一光敏二极管的本征电流进行补偿,提高跨阻放大电路的抗共模干扰的能力。

此外,跨阻放大单元包括三级放大电路,可以提高跨阻放大电路的光电转换速率。

附图说明

图1是现有的一种跨阻放大电路的结构示意图;

图2是本发明实施例提供的一种跨阻放大电路的结构示意图;

图3是本发明实施例提供的另一种跨阻放大电路的结构示意图;

图4是本发明实施例提供的又一种跨阻放大电路的结构示意图。

具体实施方式

如上所述,由于电流源ITH的电流大小通常是预先设定的,与光敏二极管PD的本征电流不一致。此外,受限于工艺影响,电流源ITH输出的电流本身也会存在一定的波动。现有技术中,受限于电流源ITH无法匹配光敏二极管PD的本征电流,因此,跨阻放大电路的抗共模干扰的能力较差。

在本发明实施例中,在跨阻放大单元的第二输入端处设置第二光敏二极管,且第二光敏二极管表面覆盖阻光层。第二光敏二极管在无光照情况下存在本征电流,对第一光敏二极管的本征电流进行补偿。通过设置与第一光敏二极管的光学特性相同或相近的第二光敏二极管,使得第二光敏二极管的本征电流与第一光敏二极管的本征电流接近,从而能够精确地对第一光敏二极管的本征电流进行补偿,提高跨阻放大电路的抗共模干扰的能力。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供了一种跨阻放大电路,参照图2,下面对本发明实施例提供的跨阻放大电路进行详细说明。

在本发明实施例中,跨阻放大电路可以包括第一光敏二极管PD1、第二光敏二极管PD2、第一反馈电阻R21、第二反馈电阻R22以及跨阻放大单元。

在具体实施中,第一光敏二极管PD1的阳极接地,第一光敏二极管PD1的阴极与跨阻放大单元的第一输入端耦接。

第二光敏二极管PD2的阳极接地,第二光敏二极管PD2的阴极与跨阻放大单元的第二输入端耦接。

第一反馈电阻R21的第一端与第一光敏二极管PD1的阴极、跨阻放大单元的第一输入端耦接,第一反馈电阻R21的第二端与跨阻放大单元的第一输出端VO1耦接。通过第一反馈电阻R21,可以控制跨阻放大单元的第一输入端与第一输出端VO1之间的电流大小。

第二反馈电阻R22的第一端与第二光敏二极管PD2的阴极、跨阻放大单元的第二输入端耦接,第二反馈电阻R22的第二端与跨阻放大单元的第二输出端VO2耦接。通过第二反馈电阻R22,可以控制跨阻放大单元的第二输入端与第二输出端VO2之间的电流大小。

在本发明实施例中,跨阻放大单元的第一输入端为“+”输入端,跨阻放大单元的第二输入端为“-”输入端。

在具体实施中,第二光敏二极管PD2的表面可以覆盖有阻光层。也就是说,由于第二光敏二极管PD2的表面覆盖有阻光层,即便在光照情况下,第二光敏二极管PD2也不会产生相应的光敏电流。

在实际应用中可知,在无光照的情况下,光敏二极管中有很小的饱和反向漏电流,也即暗电流,光敏二极管截止。光敏二极管的暗电流又称之为光敏二极管的本征电流。因此,当第二光敏二极管PD2的表面覆盖有阻光层时,第二光敏二极管PD2内仍存在本征电流。

在具体实施中,可以通过第二光敏二极管PD2的本征电流,对第一光敏二极管PD1的本征电流进行补偿。为精确地对第一光敏二极管PD1的本征电流进行补偿,第二光敏二极管PD2的光学特性可以与第一光敏二极管PD1的光学特性相同或相近,以使得第二光敏二极管PD2的本征电流与第一光敏二极管PD1的本征电流接近。

在本发明实施例中,可以选择同一批次同一型号的两个光敏二极管,分别作为第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2。由于第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2属于同一批次同一型号,因此,第一光敏二极管PD1的本征电流与第二光敏二极管PD2的光学特性极为接近,故第一光敏二极管PD1的本征电流与第二光敏二极管PD2的本征电流无限接近,近乎于相等。

第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2可以均设置在光敏芯片上。本发明实施例中提供的跨阻放大电路也设置光敏芯片上。第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2在光敏芯片上可以相邻设置,二者之间的距离可以小于一预设值。例如,预设值可以为100μm。

在本发明一实施中,第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2之间的距离可以在50μm左右。可以理解的是,第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2之间的距离也可以为其他数值。

在具体实施中,第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2也可以为不同批次和/或不同型号的光敏二极管。第一光敏二极管PD1与第二光敏二极管PD2在光敏芯片上所占用的面积相等或相近。此时,第一光敏二极管PD1的本征电流与第二光敏二极管PD2的本征电流之差需要小于一预设电流值,也即第一光敏二极管PD1的本征电流与第二光敏二极管PD2的本征电流之间的偏差较小。

由于第一光敏二极管PD1的本征电流与第二光敏二极管PD2的本征电流较为相近,因此,通过第二光敏二极管PD2的本征电流对第一光敏二极管PD1的本征电流进行补偿,能够有效地提高光敏芯片的抗共模干扰能力。

在具体实施中,跨阻放大单元可以包括两级放大电路,也可以包括三级放大电路。下面对本发明实施例提供的跨阻放大单元进行详细说明。

参照图3,给出了本发明实施例中的另一种跨阻放大电路的结构示意图。图3中,跨阻放大单元包括两级放大电路以及第一电流源I1,两级放大电路依次为第一级放大电路和第二级放大电路。

在本发明实施例中,第一级放大电路可以包括第一NMOS管MN1、第三NMOS管MN3、第一负载电阻R11以及第三负载电阻R13,第二级放大电路可以包括第二NMOS管MN2、第四NMOS管MN4、第二负载电阻R12、以及第四负载电阻R14,其中:

第一NMOS管MN1的栅极可以第一光敏二极管PD1的阴极耦接,第一NMOS管MN1的漏极可以与第一负载电阻R11的第一端、第二NMOS管MN2的栅极耦接,第一NMOS管MN1的源极可以与第一电流源I1的第一端耦接;

第一负载电阻R11的第二端与第二NMOS管MN2的漏极耦接;

第二NMOS管MN2的漏极与第四NMOS管MN4的漏极耦接,第二NMOS管MN2的源极与第二负载电阻R12的第一端耦接;

第二负载电阻R12的第二端接地;第二负载电阻R12的第一端还与第一输出端VO1连耦接;

第三NMOS管MN3的栅极可以与第二光敏二极管PD2的阴极耦接,第三NMOS管MN3的漏极与第三负载电阻R13的第一端、第四NMOS管MN4的栅极耦接,第三NMOS管MN3的源极可以与第一电流源I1的第一端耦接;

第三负载电阻R13的第二端与第四NMOS管MN4的漏极耦接;

第四NMOS管MN4的源极与第四负载电阻R14的第一端耦接,第四负载电阻R14的第二端接地;第四负载电阻R14的第一端还与第二输出端VO2耦接;

第一负载电阻R11的第二端、第二NMOS管MN2的漏极、第三NMOS管MN3的第二端以及第四NMOS管MN4的漏极相连接。

在具体实施中,第一NMOS管MN1的栅极可以为跨阻放大单元的第一输入端,第三NMOS管MN3的栅极可以为跨阻放大单元的第二输入端。

在本发明实施例中,跨阻放大单元还可以包括第三级放大电路以及第二电流源I2。通过增加第三级放大电路,跨阻放大单元的光电转换速率会大大增加。相比于仅包括两级放大电路的跨阻放大单元,包括三级放大电路的跨阻放大单元的光电转换速率理论上可以提高一个数量级。

参照图4,给出了本发明实施例中的又一种跨阻放大电路的结构示意图。与图3相比,图4中提供的跨阻放大电路的跨阻放大单元增加了第三级放大电路以及第二电流源I2。

在本发明实施例中,第三级放大电路可以包括:第五NMOS管MN5、第五负载电阻R15、第三反馈电阻R23、第六NMOS管MN6、第六负载电阻R16以及第四反馈电阻R24,其中:

第五NMOS管MN5的栅极与第二NMOS管MN2的栅极、第二负载电阻R12的第一端耦接,第五NMOS管MN5的漏极与第五负载电阻R15的第一端、跨阻放大单元的第二输出端VO2耦接,第五NMOS管MN5的源极与第三反馈电阻R23的第一端耦接;

第五负载电阻R15的第二端与第二NMOS管MN2的漏极、第四NMOS管MN4的漏极以及第六负载电阻R16的第二端耦接;

第三反馈电阻R23的第二端与第二电流源I2的第一端耦接;

第六NMOS管MN6的栅极与第四NMOS管MN4的栅极、第四负载电阻R14的第一端耦接,第六NMOS管MN6的漏极与第六负载电阻R16的第一端、跨阻放大单元的第一输出端VO1耦接,第六NMOS管MN6的源极与第四反馈电阻R24的第一端耦接;

第六负载电阻R16的第二端与第四NMOS管MN4的漏极、第五负载电阻R15的第二端耦接;

第四反馈电阻R24的第二端与第二电流源I2的第一端耦接;

第二电流源I2的第二端接地。

由上可见,在本发明实施例中,在跨阻放大单元的第二输入端处设置第二光敏二极管,且第二光敏二极管表面覆盖阻光层。第二光敏二极管在无光照情况下存在本征电流,对第一光敏二极管的本征电流进行补偿。通过设置与第一光敏二极管的光学特性相同或相近的第二光敏二极管,使得第二光敏二极管的本征电流与第一光敏二极管的本征电流接近,从而能够精确地对第一光敏二极管的本征电流进行补偿,提高跨阻放大电路的抗共模干扰的能力。

本发明实施例还提供了一种光敏芯片,所述的光敏芯片可以包括上述实施例中提供的跨阻放大电路。

虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

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