CN204272076U - 低功耗高速光电耦合器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种低功耗高速光电耦合器，包括发光源和光敏集成电路，所述光敏集成电路包括光敏二极管、跨阻放大器电路、运算放大器电路、电路输出级、偏置电压和电流产生器，所述电路输出级采用级联式逐级驱动开关输出电路，所述级联式逐级驱动开关输出电路包括至少二对PMOS管和NMOS管，所述每个PMOS管和NMOS管的栅极均连接有一个电容和电阻，并分别经电阻连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输入端，所述每个PMOS管和NMOS管的漏极均连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输出端。本实用新型能够降低光电耦合电路的噪声，实现光电耦合电路的低工作电压，提高光电耦合电路的传输速率。

Description

低功耗高速光电耦合器
技术领域
本实用新型涉及一种光电学元件，具体涉及一种光电耦合器，尤其涉及一种低功耗高速光电耦合器。
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件两部分组成，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。
现有技术中，如中国实用新型专利CN201533301U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，所述电流-电压转换放大电路包括跨阻放大器、运算放大器、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。上述技术方案中，输出电路采用大尺寸的到相器，如图1所示，所述到相器由MOS开关管大尺寸的PMOS和NMOS组成，没有精确控制PMOS和NMOS的开启时间，开启时间很短（如dt=2ns），噪声电压为V=L*dI/dt, L为引线和引线框的寄生电感L=10nH, dt=2ns，dI=50mA，V=250mV，噪声较大，会对其他的电路工作产生重大干扰的影响。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种低功耗高速光电耦合器，通过对电路输出级采用级联式逐级驱动开光电路，降低光电耦合电路的噪声，实现光电耦合电路的低工作电压，提高光电耦合电路的传输速率。
为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种低功耗高速光电耦合器，包括发光源和光敏集成电路，所述光敏集成电路包括光敏二极管、跨阻放大器电路、运算放大器电路、电路输出级、偏置电压和电流产生器，所述光敏二极管的输出连接至跨阻放大器电路的输入端，所述跨阻放大器电路的输出端经运算放大器电路连接至电路输出极的基极，电路输出级的漏极作为光敏集成电路的信号输出端，所述电路输出级采用级联式逐级驱动开关输出电路，所述级联式逐级驱动开关输出电路包括至少二对PMOS管和NMOS管，所述每个PMOS管和NMOS管的栅极均连接有一个电容和电阻，并分别经电阻连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输入端，所述每个PMOS管和NMOS管的漏极均连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输出端。
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下列优点：
本实用新型的电路输出级采用级联式逐级驱动开关电路，降低了光电耦合电路的噪声，可以降低光电耦合电路的工作电压，使得光电耦合电路可以设计更低的阈值光敏电流工作，这样所需的输入红外发光二极管驱动电流小，和其他输入接口电路兼容。
附图说明
图1是背景技术中现有技术的单开关驱动电路示意图。
图2是实施例一中本实用新型的电路框图。
图3是实施例一中本实用新型的级联式逐级驱动开关输出电路图。
图4是实施例一中本实用新型的偏置电压和电流产生器的电路示意图。
图5是实施例一中本实用新型的跨阻放大器电路的电路示意图。
图6是实施例一中本实用新型的运算放大器电路的电路示意图。
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：
实施例一：参见图2至6所示，一种低功耗高速光电耦合器，包括发光源和光敏集成电路，所述光敏集成电路包括光敏二极管、跨阻放大器电路、运算放大器电路、电路输出级、偏置电压和电流产生器，所述光敏二极管的输出连接至跨阻放大器电路的输入端，所述跨阻放大器电路的输出端经运算放大器电路连接至电路输出极的基极，电路输出级的漏极作为光敏集成电路的信号输出端，所述电路输出级采用级联式逐级驱动开关输出电路，所述级联式逐级驱动开关输出电路包括至少二对PMOS管和NMOS管，所述每个PMOS管和NMOS管的栅极均连接有一个电容和电阻，并分别经电阻连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输入端，所述每个PMOS管和NMOS管的漏极均连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输出端，所述五对PMOS和NMOS开关逐级开通，将很短的没有精确控制的开启时间分别进行依次精确延迟开启，将增加总的开启时间(如：dt=10ns)，噪声电压为V=L*dI/dt, L为引线和引线框的寄生电感L=10nH, dt=10ns，dI=50mA，V=50mV，减少系统的噪声，对其他的电路工作影响减小。
本实施例中，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。
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。
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。
其中，光敏二极管的功能是将红外发光二极管输入的光强转换成光电流；跨阻放大器电路的功能是将光电流高速转换成输出电压；运算放大器电路的功能是将上一级的输出电压信号放大为输出电压；电路输出级的功能是将上一级的输出信号转换成逻辑电平输出，输出端可与后缀CMOS电路兼容；偏置电压和电流产生器功能块产生光敏二极管的偏置电压、跨阻放大器电路和运算放大器电路的偏置电流。
本实用新型由于有效的降低了电路的噪声，使光电耦合器的工作电压由原来的5V左右降低到3V左右，工作电流降低至原有工作电流的一半左右，整个器件功耗降低到原来的二分之一左右，达到了低功耗的目的。

Claims (4)

1.一种低功耗高速光电耦合器，包括发光源和光敏集成电路，所述光敏集成电路包括光敏二极管、跨阻放大器电路、运算放大器电路、电路输出级、偏置电压和电流产生器，所述光敏二极管的输出连接至跨阻放大器电路的输入端，所述跨阻放大器电路的输出端经运算放大器电路连接至电路输出极的基极，电路输出级的漏极作为光敏集成电路的信号输出端，其特征在于：所述电路输出级采用级联式逐级驱动开关输出电路，所述级联式逐级驱动开关输出电路包括至少二对PMOS管和NMOS管，所述每个PMOS管和NMOS管的栅极均连接有一个电容和电阻，并分别经电阻连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输入端，所述每个PMOS管和NMOS管的漏极均连接到级联式逐级驱动开关输出电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗高速光电耦合器，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗高速光电耦合器，其特征在于：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。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗高速光电耦合器，其特征在于：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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109783421A (zh) * 2019-01-17 2019-05-21 上海兆芯集成电路有限公司 高速信号驱动装置

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