12.4 Аналоговые схемы
В этом разделе схеме биполярного усилителя, для оптической системы обнаружения пламени, с очень высокой трансимпедансные от 1,1 х 109 VA-1 будет описана. Другой усилитель для аудио биполярной системы CD также описано в связи с так называемыми Т-образная схема обратной связи.
Два пикселя цепи-Si: H CMOS датчики изображения с уменьшенным перекрестных помех и очень высоким динамическим диапазоном чувствительности, соответственно, и отпечатки пальцев де ¬ детектора использованием боковых биполярных транзисторов будет следовать. Тогда CMOS и BiCMOS схем для оптических систем хранения описаны. Наконец, волокна приемника схем в биполярном SiGe, NMOS, BiCMOS, и КМОП-технологии объяснил. Сравнение производительности оптических приемников кремния компактно представляет состояние искусства.
12.4.1 Биполярные схемы
Детектор УФ-чувствительных OEIC [47] уже было описано в гл. 3.3.Электронная схема УФ-системы датчиков для обнаружения пламени, где фототок было всего 20 Па до 1 нА будут описаны здесь. Из-за малого фототоков, большим усилением с большим трансимпедансом из 109 V-1 была необходима для того, чтобы получить сигнал напряжения до 1 В. К счастью, система не требует точного контроля усиления и, следовательно, , текущие факторы усиления NPN и PNP транзисторов комплементарных биполярных процесс может быть полностью использована без обратной схеме. Принципиальная схема усилителя биполярного показано на рис. 12.11.
Транзисторы Q13 и Q15 как в общей базовой конфигурации вместе с их источниками тока Q12 и Q14, соответственно, обеспечивают низкое сопротивление вклад в фототок (Rin = 1/gm, 13). УФ фотодиод смещен на ноль вольт. Анодный УФ фототока IUV (ср. рис. 3,6) поступает в эмиттер Q13 и вводится в базу Q16. Транзистор Q16 усиливает фототок ее нынешний коэффициент усиления (316. Эта усиленный ток форм ток базы Q18. Вместе с коллектором Q18, фототок усиливается
от стоимости продукта в16хв18. Ток коллектора Q18 отражается в Q24 по Q2i и, наконец, превращается в напряжение на R3.
Инфракрасных зависит от катодного тока IUV + I \ R (см. п. 3.3.) Шунтируется к VCC на Q14. Транзисторы Q10 и Qh поставлять ссылкой ток смещения IB, чтобы Q20, который является входом второй ветви дифференциальный усилитель с Q16, Q18, Q19, Q20 и. Опорный ток усиливается (319 и в20 отражается через Q22 и Q23 R2. Напряжения Vo через выходные клеммы схемы, таким образом, дает
Vo = β16β18KR3(IUV + IB) − β19β20KR2IB. (12.1)
Когда идеальное соответствие устройства (Q16 = Q20, Q18 = Q19, и R2 = R3) может быть
Предполагается, выходное напряжение VO не зависит от тока смещения IB:
Vo = β16β18KR3IUV.
Несмотря на то, выходное напряжение не зависит от IB, IB должен быть очень хорошо контролируется для правильной работы, и он должен быть очень маленьким, из-за большого значения трансимпедансные. Q1 смещения разделе Q9 повторяет каскада усиления (Q4 соответствует Q18, Q5 соответствует Q16, а R1 = R3) и обратную надлежащий ток смещения через Q6, Q10, Q12 и. Ib могут быть скорректированы точно в диапазоне НС с опорное напряжение VB. Для VB диапазоне от 0 до 3,5 В, IB регулируется в пределах от 15 до 0nA. Компенсация конденсатора C = 12 пФ необходима для стабильности обратной связи.
Время реакции датчика составляет менее 100 мс определяется емкостью УФ-фотодиода и малых фототоков. Входного эквивалентного шума было меньше, чем 3.7pA в / Гц при 1Гц. Потребляемая мощность УФ-OEIC было 4 мВт при 5 В. Общая площадь чипа составляет 4 мм2 которых УФ-фотодиода занял 1 мм2.
После этого пример открытого цикла с очень высоким коэффициентом усиления, усилитель с Т-типа обратной связи будет объяснено. Такие OEIC биполярного предусилитель для компакт-дисков (CD) системы была описана в [600]. Усилитель обеспечивает высокий коэффициент усиления трансимпедансные, т. е. низкий фототока превращается в большое напряжение, и относительно большой пропускной способностью. Для достижения этих свойств, обратная связь через Т-образный сети, показанной на рис. 12,12 применяется.
Т-образная сеть состоит из резисторов RF1, RF2 и RF3, в результате чего значения RF1 RF2 и были выбраны, чтобы быть равными в [600]. T-типа сети является адекватным, чтобы имитировать высокое РФ сопротивления с низким значением сопротивления. Эффективное значение ВЧ-
RF = (RF1RF2 + RF1RF3 + RF2RF3)/RF3
и выходное напряжение VO получается
Vo = −IphRF.
Таким образом, можно построить с высоким коэффициентом усиления усилителя без высокоомных модуль процессе производства поликристаллического кремния. Поликремния излучатель или ворота ПОЛИСИЛ ¬ значок в (Bi) процесс CMOS достаточно. T-типа обратной связи также можно рассматривать как средство, чтобы избежать больших постоянных времени RC больших значений сопротивления, требующих большой площади поликристаллического кремния с большой паразитной емкости. Эффективные значения сопротивления из 82 Ш максимум фототока в 1,2 цA и из 328 Ш для фототока от 0,3 цA были реализованы в [600], в которой истинные сопротивления была значительно ниже ценности и площади кристалла может быть низкой при 400 х 350 цш2. Следует отметить, однако, что входное напряжение смещения операционного усилителя также усиливается [601].
Схема которого показана на рис. 12.13. Только NPN транзисторы используются в OEIC для компакт-дисков (CD) системы для достижения большой пропускной способностью. Транзитные частота транзисторов NPN составила 1,5 ГГц. Оперативный утра ¬ усилитель имеет напряжение Q3 и Q4 последователей перед общим эмиттером
Разница усилительного каскада Q1/Q2 для получения низких току, в результате чего большое напряжение смещения из-за падения напряжения на T-типа сети вызвана ток базы Q2 можно избежать.
Транзисторы Q2 и Q5 образуют каскадное состояние, чтобы избежать большой емкости Миллера Q2. Высокая производительность PNP транзисторы не были доступны, и вместо того, PNP ток нагрузки зеркало, резистор RC используется. Другой повторителя напряжения используется для того, чтобы получить низкое выходное сопротивление и изолировать коллег ¬ лектор Q5 от емкости нагрузки. Низкочастотные разомкнутой усиления оценивается в A0 = 0.5gm2RC = 40. Компенсация сети, как сообщается, необходимые, однако, она не была описана в [600]. Фотодиоды, используемые в CD-OEIC также не были описаны.
Полный CD-OEIC, содержащихся быстрым каналам с полосой пропускания 16 МГц для максимального фототока в 1,2 цЛ и медленных каналов для фототока на 0,3 ц-A. Для быстрого каналов, время нарастания и спада от 22 нс время установления до 0,1% от 200 нс было. Систематическое напряжение смещения из-за ток базы Q4 было меньше, чем 4 мВ. Потребляемая мощность для одного быстрого канала составляла 9,8 мВт при 5 В.