一種寬動態(tài)范圍光電流讀出電路的設(shè)計.pdf

1、無論是在學(xué)術(shù)科研還是日常應(yīng)用中，光與電的結(jié)合都十分緊密。光信號的處理過程通常是采用光檢測器將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光電流信號，再由讀出電路將光電流轉(zhuǎn)換為更易處理的模擬電壓信號。當(dāng)光電流輸入范圍大于兩個數(shù)量級時，傳統(tǒng)的讀出電路結(jié)構(gòu)面臨挑戰(zhàn)。寬輸入范圍光電流的讀出電路是當(dāng)前研究熱點，本論文針對這一問題，對相應(yīng)讀出電路的設(shè)計進行了探索與研究，具有較好的科研與應(yīng)用價值。
　　論文首先分析了光電二極管的工作原理，接著對比了各種不同結(jié)構(gòu)的讀出電路，最

2、后針對寬范圍、窄脈寬的光電流脈沖輸入，給出了寬動態(tài)范圍讀出電路的系統(tǒng)方案。方案中提出了分段增益的思想，將光電流很大的動態(tài)范圍分為三段，在每一段內(nèi)實現(xiàn)線性的電壓輸出，并采用比較器進行電流預(yù)檢測以控制增益，最后結(jié)合讀出結(jié)果與增益控制信號就可以獲得完整的光電流信息。為了實現(xiàn)這一思想，本文設(shè)計了一種增益可調(diào)的電阻型跨阻放大器，在保證高線性度的前提下拓寬了輸入動態(tài)范圍，并圍繞跨阻放大器設(shè)計了相應(yīng)的選擇信號控制電路、共模采樣電路、使能產(chǎn)生電路、使能

3、鎖存電路、可變增益放大器、單位增益緩沖器、求差電路和基準電路。論文使用SMIC0.18μm CMOS Mixed-Signal工藝庫進行設(shè)計，借助Cadence Virtuoso集成電路EDA平臺進行仿真分析與驗證。
　　仿真結(jié)果顯示：在1.8V電源電壓下，對于大小0.5～500μA、脈寬60ns的光電流注入，讀出電路的最大輸出擺幅為1.4V，總功耗2.205mW，讀出結(jié)果與理想電壓的最大誤差約2％，實現(xiàn)了對寬動態(tài)范圍光電流的精確