CN201533301U - 用于光电耦合器的光敏接收电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于光电耦合器的光敏接收电路，由光敏二极管、电流-电压转换放大电路、输出三极管组成，其特征在于：所述电流-电压转换放大电路包括跨阻放大器电路、运算放大器电路、输出三极管、偏置电压和电流产生器，光敏二极管的输出连接至跨阻放大器电路的输入端，跨阻放大器电路的输出端经运算放大器电路连接至输出三极管的基极，输出三极管的集电极作为光敏接收电路的信号输出端。本实用新型可以有效提高频带宽度，可传送几十M的数据信号，从而满足了高速光电耦合器的传送高速数据的要求，且提高了对电源的抗干扰性能。

Description

用于光电耦合器的光敏接收电路

技术领域

本实用新型涉及一种光电耦合器中的电路，具体涉及一种用于光电耦合器，尤其是高速光电耦合器的光敏接收电路。

背景技术

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电-光-电转换器件，它由发光源和受光器两部分组成，发光源和受光器组装在同一密闭壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离，发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。根据光电耦合器传输的电信号变化速度，可以将光电耦合器分为低速光电耦合器和高速光电耦合器两大类。

高速光电耦合器可以将高速输入的逻辑电平信号通过电-光-电的转换成输出逻辑电平，并达到绝缘和隔离的目的。高速光电耦合器应用范围广泛，如：微处理器系统界面；开关电源；数据隔离；高速逻辑系统的隔离；仪器仪表的输入/输出隔离；替代变压器、驱动器中的高压三极管隔离等。

高速光电耦合器的受光器部分即光敏接收电路，通常包括光敏二极管、电流-电压转换放大电路、输出三极管。一种常见的光敏接收电路如附图1中的306部分所示，红外发光二极管401在发光二极管驱动器400的驱动下发光，光敏二极管304接收红外发光二极管401发出的光，产生对应的光敏电流Iph，通过电阻R1(305)转换成电压，经两级运算放大器电路300和301放大，由输出三极管Q1(302)转换成逻辑电平VOUT输出。

由于光敏二极管的电容较大，例如Cph＝40pF，R1＝10K时，频带宽度BW为1/(2×π×R1×Cph)，BW为400KHz，只能传送上百KHz的数据信号；同时，光敏二极管(304)直接连接电源电压(VDD)，电源电压的波动会引起光敏电流(Iph)的变化，从而导致输出电压(VOUT)的误触发。

因此，为了提高光电耦合器的传输频率，有必要对光敏接收电路的结构进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型目的是提供一种用于光电耦合器的光敏接收电路，通过电路结构的改进，以提高光电耦合器的传输频率，避免输出电压的误触发，以适合高速光电耦合器使用。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于光电耦合器的光敏接收电路，由光敏二极管、电流-电压转换放大电路、输出三极管组成，所述电流-电压转换放大电路包括跨阻放大器电路、运算放大器电路、输出三极管、偏置电压和电流产生器，光敏二极管的输出连接至跨阻放大器电路的输入端，跨阻放大器电路的输出端经运算放大器电路连接至输出三极管的基极，输出三极管的集电极作为光敏接收电路的信号输出端，所述偏置电压和电流产生器分别连接光敏二极管、跨阻放大器电路和运算放大器电路，为其提供偏置电压或偏置电流。

上述技术方案中，所述偏置电压和电流产生器包括一个电压基准产生器和两个电流源，电压基准产生器的输出连接至光敏二极管的负极，两个电流源的输出分别连接至跨阻放大器电路和运算放大器电路，提供偏置电流。

上述技术方案中，所述跨阻放大器电路包括放大器、反馈电阻和反馈电容，所述反馈电阻和反馈电容并联连接于放大器的反相输入端和输出端之间，光敏二极管的正极连接至放大器的反相输入端，放大器的正相输入端接地。

上述技术方案中，所述运算放大器电路由电压放大器，输入电阻，反馈电阻，钳置电压电路组成，反馈电阻和钳置电压电路并联连接在电压放大器的反相输入端和输出端之间，跨阻放大器电路的输出经输入电阻连接至电压放大器的反相输入端，电压放大器的正相输入端接地。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有的优点是：

1、由于本实用新型采用了跨阻放大器将光敏二极管的光敏电流转换成信号电压，再进行放大输出，利用跨阻放大器的开环增益，可以有效提高频带宽度，可传送几十M的数据信号，从而满足了高速光电耦合器的传送高速数据的要求；

2、跨阻放大器在将电流信号转换成电压信号的同时，起到了放大作用，因而与现有技术中的两级运算放大器相比较，不需要增加放大器，电路成本低；

3、本实用新型设置了偏置电压和电流产生器，其中的电压基准产生器提供给光敏二极管电压偏置，可以防止芯片工作时电源的波动对光敏二极管光电流的影响，提高对电源的抗干扰(PSRR)。

附图说明

图1是现有技术中光敏接收电路的示意图；

图2是本实用新型实施例一的电路框图；

图3是图2中跨阻放大器电路的电路示意图；

图4是图2中运算放大器电路的电路示意图；

图5是图2中偏置电压和电流产生器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图2，一种用于光电耦合器的光敏接收电路，由光敏二极管104、电流-电压转换放大电路、输出三极管组成，所述电流-电压转换放大电路包括跨阻放大器电路100、运算放大器电路101、输出三极管102、偏置电压和电流产生器103，光敏二极管104的输出连接至跨阻放大器电路100的输入端，跨阻放大器电路100的输出端经运算放大器电路101连接至输出三极管102的基极，输出三极管102的集电极作为光敏接收电路的信号输出端，所述偏置电压和电流产生器103分别连接光敏二极管104、跨阻放大器电路100和运算放大器电路101，提供偏置电压或偏置电流。

其中，光敏二极管104的功能是将红外发光二极管输入的光强转换成光电流Iph；跨阻放大器电路100的功能是将光电流Iph高速转换成输出电压VOUT1；运算放大器电路101的功能是将上一级的输出电压VOUT1信号放大为输出电压VOUT2；输出三极管102将上一级的输出信号转换成集电极开路输出VOUT或其它图腾柱输出(push-pull output)；偏置电压和电流产生器103功能块产生光敏二极管104的偏置电压、跨阻放大器电路100和运算放大器电路101的偏置电流。

本实施例中，参见附图3所示，跨阻放大器电路100由放大器AMP1、反馈电阻RFA和反馈电容CFA组成；如RFA＝10K，CFA＝0.5pF，Cph＝40pF，AMP1的开环增益为50，则频带宽度为20MHz，可传送几十M的数据信号，满足高速光电耦合器的传送高速数据的要求。AMP1内的电路可以由Bipolar、CMOS型、BiCMOS型或其它工艺实现。跨阻放大器电路输出信号VOUT1为Iph×RFA。

参见附图4所示，运算放大器电路101将上一级的VOUT1(Iph×RFA)信号进行放大，放大倍数为RFB/RINB；运算放大器电路101由电压放大器AMP2，输入电阻RINB，反馈电阻RFB，钳置电压电路201组成。

当输出信号VOUT2偏大时，钳置电压电路201起到钳位clamp作用，可以使输出二极管102工作在浅饱和区。钳置电压电路201可以由MOS管或二极管实现。

参见附图5所示，偏置电压和电流产生器103由电压基准产生器、两个电流源IBIAS2和IBIAS3组成，电压基准产生器提供给光敏二极管104电压偏置，可以防止芯片工作时电源的波动对光敏二极管104光电流的影响，提高对电源的抗干扰PSRR。

Claims (4)

1.一种用于光电耦合器的光敏接收电路，由光敏二极管(104)、电流-电压转换放大电路、输出三极管组成，其特征在于：所述电流-电压转换放大电路包括跨阻放大器电路(100)、运算放大器电路(101)、输出三极管(102)、偏置电压和电流产生器(103)，光敏二极管(104)的输出连接至跨阻放大器电路(100)的输入端，跨阻放大器电路(100)的输出端经运算放大器电路(101)连接至输出三极管(102)的基极，输出三极管(102)的集电极作为光敏接收电路的信号输出端。

2.根据权利要求1所述的用于光电耦合器的光敏接收电路，其特征在于：所述偏置电压和电流产生器(100)包括一个电压基准产生器和两个电流源，电压基准产生器的输出连接至光敏二极管(104)的负极，两个电流源的输出分别连接至跨阻放大器电路(100)和运算放大器电路(101)，提供偏置电流。

3.根据权利要求1所述的用于光电耦合器的光敏接收电路，其特征在于：所述跨阻放大器电路(100)包括放大器(AMP1)、反馈电阻(RFA)和反馈电容(CFA)，所述反馈电阻(RFA)和反馈电容(CFA)并联连接于放大器(AMP1)的反相输入端和输出端之间，光敏二极管(104)的正极连接至放大器(AMP1)的反相输入端，放大器(AMP1)的正相输入端接地。

4.根据权利要求1所述的用于光电耦合器的光敏接收电路，其特征在于：所述运算放大器电路(101)由电压放大器(AMP2)，输入电阻(RINB)，反馈电阻(RFB)，钳置电压电路(201)组成，反馈电阻(RFB)和钳置电压电路(201)并联连接在电压放大器(AMP2)的反相输入端和输出端之间，跨阻放大器电路(100)的输出经输入电阻(RINB)连接至电压放大器(AMP2)的反相输入端，电压放大器(AMP2)的正相输入端接地。

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