基于CMOS工藝的抗輻射加固光電探測芯片設計.pdf

1、現(xiàn)場總線技術將工業(yè)現(xiàn)場中的各種設備通過串行通信的方式連接在一起，這使得地線構成接地環(huán)路。接地環(huán)路會感應外界干擾，影響信號傳輸甚至損壞設備。高速數(shù)字光電耦合器把輸入電信號轉換為光信號，再把光信號轉換為輸出電信號，從而實現(xiàn)了輸入、輸出完全電氣隔離，同時不影響信號的傳輸，因而成為這類系統(tǒng)中理想的隔離器件。目前市場上的高速數(shù)字光耦大多屬于進口。因此，開發(fā)一款自主設計的高速數(shù)字光電耦合器有著重要的研發(fā)意義和廣闊的市場前景。另外，高速數(shù)字光電耦合器

2、也廣泛用于軍事和航天領域。在此類應用環(huán)境下，光電耦合器面臨各種輻射效應的威脅，容易受到損傷，導致可靠性降低、使用壽命縮短，甚至完全失效。因此，具有抗輻照能力的高速數(shù)字光電耦合器更具吸引力。高速數(shù)字光電耦合器由高速LED與光電探測芯片組成。光電探測芯片是其核心模塊，性能好壞直接決定了光電耦合器的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。因此，設計一款具有抗輻照能力的高速數(shù)字光電耦合器的核心，就是設計抗輻照加固光電探測芯片。
　　本文介紹了高速數(shù)字光電耦合器數(shù)據(jù)

3、傳輸基本理論、各個主要模塊原理，以及抗輻照加固設計方法等。在此基礎上，首先設計了一款用于10MBd光電耦合器具有抗輻照能力的光電探測芯片。而后采用均衡器技術和差分光探測器技術，又設計了兩款用于30MBd傳輸速率光電耦合器的光電探測芯片。論文重點論述了利用Matlab工具和Verilog-A語言建立光探測器小信號模型的方法；在工藝廠商提供的標準工藝庫基礎上快速建立環(huán)柵MOS單元庫的方法；通過局部負反饋擴展帶寬的跨阻放大器結構；利用siso

4、tool工具確定均衡器參數(shù)的方法等。
　　最終，10MBd抗輻照光電探測芯片使光電耦合器輸入高電流范圍2~6mA，靜態(tài)電流4.2mA。負載電阻350?、電容15pF時，輸出高、低電平傳播延遲分別為39ns和36ns，脈寬失真小于15ns。環(huán)柵MOS和DTMOS加固等措施使芯片抗輻照能力有所提升。采用均衡器技術的30MBd光電探測芯片使光電耦合器輸入高電流范圍2~6mA，靜態(tài)電流4.9mA。輸出高、低電平傳播延遲分別為21ns和20