2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、隨著光電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展以及光電耦合技術(shù)的廣泛應(yīng)用,光電耦合器的研究、設(shè)計(jì)及開發(fā)顯得越發(fā)重要。由于光電耦合器越來越多的出現(xiàn)在高速、強(qiáng)驅(qū)動的高低壓工作環(huán)境下,所以響應(yīng)速度、驅(qū)動能力以及噪聲抑制就成為制約光電耦合器發(fā)展的突出問題。傳統(tǒng)單一的設(shè)計(jì)方法很難將這三項(xiàng)指標(biāo)集成考慮,這就造成了融合速度、驅(qū)動能力并能穩(wěn)定工作的光電耦合器越來越成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中亟待解決的難點(diǎn)。
  在這種背景下,本文面向應(yīng)用,從設(shè)計(jì)角度出發(fā),重點(diǎn)研究光電耦合器在實(shí)際設(shè)計(jì)

2、中的關(guān)鍵技術(shù)及電路結(jié)構(gòu)。同時(shí)解決了光電耦合器響應(yīng)速度慢、驅(qū)動能力低以及噪聲抑制能力不足等諸多難題,并將三項(xiàng)指標(biāo)集成設(shè)計(jì),統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)在一款芯片中。所取得的主要研究成果為:
  1.針對光電耦合器在實(shí)際應(yīng)用中如何實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)這一難題,本文設(shè)計(jì)了一款具有對稱結(jié)構(gòu)的“九宮格”式的光電檢測陣列,該檢測陣列采用“半透半遮”模式進(jìn)行工作,可以有效地將入射光子轉(zhuǎn)換為光電流。同時(shí),為了進(jìn)一步保證從光電流信號到電壓信號的高速轉(zhuǎn)換,提出了一種高靈敏度的跨

3、阻放大器與對稱型光電檢測陣列配合使用,這樣不僅能夠提高從光到電的轉(zhuǎn)換速度,也可以在完成從光電流信號到電壓信號的快速轉(zhuǎn)換。相比原有的非對稱光電檢測模塊而言,本文提出的對稱型光電檢測陣列和光電轉(zhuǎn)換電路,從源頭上大大地降低了單陣列單端輸入結(jié)構(gòu)中的噪聲干擾,防止輸出端的噪聲通過襯底干擾前級電路,保證穩(wěn)定的光電流進(jìn)入后級電路,實(shí)測結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了全溫度范圍內(nèi)光電轉(zhuǎn)換的高速響應(yīng)和光電耦合器的穩(wěn)定工作。
  2.針對如何提高光電耦合器后級驅(qū)

4、動能力的問題,提出了光電信號前端處理電路模塊以及后端驅(qū)動電路模塊,實(shí)現(xiàn)了對弱信號和強(qiáng)信號的逐級處理,保證了后級電路能夠穩(wěn)定輸出強(qiáng)驅(qū)動電流。為了避免強(qiáng)電流輸出時(shí)對前級信號造成的干擾,提出多樣化的內(nèi)部電源管理模式,設(shè)計(jì)了分立式供電單元,為芯片各模塊提供穩(wěn)定電壓。從光電信號前端處理模塊開始對光電流的產(chǎn)生進(jìn)行分析,依據(jù)光電流的理論計(jì)算方法,在從光到電的信號處理過程中,設(shè)計(jì)了從光電流到電壓轉(zhuǎn)換的電路結(jié)構(gòu),并對該電壓信號進(jìn)行放大、比較、濾波、整形以

5、及時(shí)延調(diào)整,保證各級信號有序的流向后級電路。在后端驅(qū)動模塊中,設(shè)計(jì)了邏輯與死區(qū)時(shí)間控制模塊,不僅能夠產(chǎn)生推動驅(qū)動模塊中MOS管的驅(qū)動信號,還可以防止后級NMOS陣列和PMOS陣列同時(shí)導(dǎo)通產(chǎn)生大電流燒毀外圍電路。
  3.針對光電耦合器作為“橋梁”工作在高低壓狀態(tài)時(shí)經(jīng)常會受到干擾的問題,提出了分級降噪與實(shí)時(shí)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)光電信號處理的不同階段,依次在光電信號前端處理及后端驅(qū)動模塊中加入降噪電路,從而保證在光電信號處理的過程

6、中,各級電路將噪聲降至最低,確保沒有過大的噪聲影響后級電路。為了防止正常工作狀態(tài)下輸出端高壓和強(qiáng)電流信號對電路初級的沖擊,在版圖的整體布局上,根據(jù)光電信號走向和主要電源信號流向,充分考慮區(qū)域隔離,確保低壓敏感信號模塊處于安全區(qū)域。
  本文系統(tǒng)的研究了光電耦合器的響應(yīng)速度、驅(qū)動能力以及降噪性能的各項(xiàng)特點(diǎn),研究結(jié)果通過嚴(yán)格的仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的光電耦合器芯片在穩(wěn)定工作的前提下,整片上升傳輸時(shí)延是205.5ns~

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