CN102739304A - 一种用于芯片安全防护的光检测电路 - Google Patents

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王斌
盛敬刚
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Abstract

一种用于芯片安全防护的光检测电路，涉及光电检测技术领域。本发明包括光电转换模块、放大模块、滤波模块和输出模块。其结构特点是，所述光电转换模块包括集成的主光电二极管和从光电二极管，主光电二极管进行光信号的接收，从光电二极管将主光电二极管中温度效应产生的热电流释放掉。放大模块包括多级电流放大器和有源可调整负载结构，通过对负载数字控制端的调整，得到不同的有源负载组合进行电流的逐级放大；输出模块采用施密特触发器对电路的电压信号进行锁存放大和滤波。本发明能减少或消除热电流对感光二极管的影响，提高检测电路的安全性，降低信噪比，具有电路简单、成本低廉、节省功耗的特点。

Description

一种用于芯片安全防护的光检测电路
技术领域
 本发明涉及光电检测技术领域，特别是用于芯片安全防护的光检测电路。
背景技术
光电检测技术通过光学与电子学相结合实现对芯片感光方面的检测。利用光电探测器将光学信息转换为电子信息，通过电子技术对光学信号进行检测，并将转换后的电子信息进行电路放大、滤波等信号处理最终达到电信号输出，实现芯片电路防护检测的目的。在光电探测器中采用集成于芯片内部的感光二极管，通过此感光二极管将光信号转换成电信号。光电二极管在反向电压工作时，暗电流极其微弱；有光照时，反向电流迅速增大。光的强度越大，反向感光电流也越大，从而把光信号转换成电信号，对电信号进行滤波放大，输出得到检测的安全防护信号。在无光照情况下，暗电流会随着温度的升高而迅速增大，基本成指数形式增长，使弱光检测变得很难进行。
现有技术中，如图1所示，光检测电路采用光电转换模块、放大滤波模块和输出模块得到感光信号电压输出。参看图2，显示了现有技术中光电二极管的转换以及电路放大过程，其中独立的光电二极管产生的感光电流以及同时产生的热电流被转换并经过放大输出，容易引起光检测结果因为温度的影响而功能失效，安全性不高且输出电压信噪比大。同时，现有技术的放大滤波模块一般采用电压放大电路，在电流到电压转换时模块中的电阻会引起一部分热噪声，影响感光信号的灵敏度。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于芯片安全防护的光检测电路。它能减少或消除热电流对感光二极管的影响，提高检测电路的安全性，降低信噪比，具有电路简单、成本低廉、节省功耗的特点。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种用于芯片安全防护的光检测电路，它包括光电转换模块、放大模块、滤波模块和输出模块。其结构特点是，所述光电转换模块包括集成的主光电二极管和从光电二极管，主光电二极管进行光信号的接收，从光电二极管将主光电二极管中温度效应产生的热电流释放掉。放大模块包括多级电流放大器和有源可调整负载结构，通过对负载数字控制端的调整，得到不同的有源负载组合进行电流的逐级放大；输出模块采用施密特触发器对电路的电压信号进行锁存放大和滤波。
在上述光检测电路中，所述主光电二极管和从光电二极管采用相同的有源区面积。
本发明由于采用了上述结构，采用集成的两个光电二极管，在接收入射光的同时有效减少热电流对感光信号电流的影响，使得光电信号能够有效的转换。本发明结构保证了芯片在正面受光时，芯片处于安全保护状态，确保感光更准确、更敏感。本发明中光电流的逐级放大及限流，可防止由于感光信号太强、电流过大而损坏芯片。
       下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为现有技术光检测电路结构示意图；
图2为现有技术独立光电二极管光电转换示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为本发明集成的光电二极管光电转换示意图；
图5为本发明光电信号放大有源负载调整电路框图；
图6为本发明光电转换电压输出功能实现框图； 
图7为本发明光电转换信号输出示意图。
具体实施方式
参看图3，本发明光检测电路包括依次连接的光电转换模块、放大模块、滤波模块和输出模块。光电转换模块包括集成的采用相同有源区面积的主光电二极管D1和从光电二极管D2，主光电二极管D1进行光信号的接收，从光电二极管D2将主光电二极管D1中温度效应产生的热电流释放掉。放大模块包括多级电流放大器和有源可调整负载结构，通过对负载数字控制端的调整，得到不同的有源负载组合进行电流的逐级放大；输出模块采用施密特触发器对电路的电压信号进行锁存放大和滤波。
本发明工作时，主感光二极管D1将接收到的光信号转换成电流信号，同时产生有热电流，而且随着温度升高，热电流急剧增大，此时利用从光电二极管D2将同样环境温度下的热电流释放掉，仅将感光电流进行处理得到光电保护信号的数字输出，提高了信号的可信度。同时，对捕捉到的光信号进行放大、滤波和数字信号输出。本发明可在主感光二极管D1上方加上金属的阻挡层以保持其感光性能。
参看图4，本发明放大模块采用电流放大器对感光电流进行逐级放大，放大电路的级数及放大倍数由最小感光电流及输出有源负载部分决定，同时对放大电路电流进行限流，防止感光强度过大，芯片电路损坏。各个电流放大电路的电流总和受到限流电路部分的总电流Iss限制。
参看图5，本发明中采用有源可调负载将放大后的感光电流信号转换成电压信号。经过放大后的电流信号输出Iss_out，经过有源可调整负载部分变成电路需要的电压信号。在此有源可调整负载电路中，采用n路有源负载，通过对电路有源负载的控制对所需负载进行调整，根据转换的感光电流强弱，得到不同的感光电流强度，对应不同的可调整有源负载进行输出转换电流到电压转换控制，得到有用电压信号。在电路预放大后，对电路感光信号进行电流到电压的可调整负载控制转换，提高了电路的可调性以及电路的集成度，节约了电路成本。
参看图6，选用阈值比较电路对噪声信号进行抑制。在此电路实现中，采用施密特锁存器对电路进行滤波放大，对转换所得电压信号进行放大锁存输出，避免干扰。提高了电路的集成度，简化了电路。
参看图7，测试本发明在不同光强下的输出电压。测试结果表明，芯片电路的感光防护功能良好，在测试的各种光强度下，通过适当的负载调整，输出适用于电路安全防护的检测信号。

Claims (2)

1.一种用于芯片安全防护的光检测电路，它包括依次连接的光电转换模块、放大模块、滤波模块和输出模块，其特征在于，所述光电转换模块包括集成的主光电二极管（D1）和从光电二极管(D2)，主光电二极管(D1)进行光信号的接收，从光电二极管(D2)将主光电二极管(D1)中温度效应产生的热电流释放掉；放大模块包括多级电流放大器和有源可调整负载结构，通过对负载数字控制端的调整，得到不同的有源负载组合进行电流的逐级放大；输出模块采用施密特触发器对电路的电压信号进行锁存放大和滤波。
2.根据权利要求1所述的光检测电路，其特征在于，所述主光电二极管（D1）和从光电二极管(D2)采用相同的有源区面积。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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