[實(shí)用新型]抗強(qiáng)光紅外接收電路輸入結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020659418.0
• 申請(qǐng)日: 2010-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN201985861U
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐棟;徐玉婷;沈天平;彭云武;徐敏;王秀芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫華潤矽科微電子有限公司
• 主分類號(hào): H04B10/06
• 分類號(hào): H04B10/06
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種紅外接收電路輸入結(jié)構(gòu)，尤其涉及應(yīng)用于強(qiáng)光環(huán)境下的紅外接收電路輸入結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前，低頻的紅外接收電路應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如家電，玩具等。

在室內(nèi)應(yīng)用的情況下，影響紅外接收電路接收靈敏度的光干擾主要來自熒光燈、白熾燈、陽光等。一個(gè)100W的白熾燈，距離光敏二極管10cm時(shí)，可以產(chǎn)生100uA以上的電流，距離延長至1m時(shí)，只能產(chǎn)生2～3uA的電流。一個(gè)9W的熒光燈距離光敏二極管1cm時(shí)，也僅能產(chǎn)生0.1uA的電流。在室內(nèi)，陽光的紅外線部分也很小，在光敏二極管上產(chǎn)生的電流小于10nA。因此，一般的紅外接收電路在設(shè)計(jì)時(shí)，并不考慮強(qiáng)光干擾環(huán)境下的應(yīng)用。

圖1為一般的紅外接收電路輸入結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，其電路連接關(guān)系為：NMOS管N1的漏端接電壓VDD、柵端接電壓VREF1、源端接電源NET1、襯底接地；NMOS管N2的漏端接電壓VDD、柵端接結(jié)點(diǎn)NET1、源端接結(jié)點(diǎn)NET2、襯底接地；電阻R1_1一端接電壓VREF1，一端接結(jié)點(diǎn)NET1；電阻R1_2一端接結(jié)點(diǎn)NET1，一端接結(jié)點(diǎn)NET2；電阻R1_3一端接結(jié)點(diǎn)NET2，一端接電壓V1_1；光敏二極管的一端接電壓V1_1，一端接地；電壓VREF1和電壓V1_1分別連接電容C1、電容C2；電容C1、電容C2的分別連接到差分運(yùn)放X1的同向輸入端、反相輸入端。

其中，電流I1表示流經(jīng)電阻R1_1的電流，電流I2表示流經(jīng)電阻R1_2的電流，電流Ip表示流經(jīng)電阻R1_3的電流。電阻值：電阻R1_1＞＞電阻R1_2＞＞電阻R1_3。

圖2為光敏二極管的等效電路圖。

如圖2所示，其電路連接關(guān)系為：電源的負(fù)端連接到理想二極管D1的正端、輻射光激發(fā)形成的理想電流源ISRC、暗電流源IL、結(jié)電容CPD、寄生的并聯(lián)電阻RPD的一端；寄生的串聯(lián)電容RS的一端連接到電源的正端；結(jié)點(diǎn)N1連接到寄生的串聯(lián)電阻RS的另一端、理想二極管D1的負(fù)端、輻射光激發(fā)形成的理想電流源ISRC、暗電流源IL、結(jié)電容CPD、寄生的并聯(lián)電阻RPD的另一端。

當(dāng)電源正端電壓大于電源負(fù)端電壓，即理想二極管D1的反相電壓大于0V時(shí)，光敏二極管可以正常工作。

紅外接收電路中需要光敏二極管工作在光致電導(dǎo)(反偏置)模式下以保證紅外接收頭具有較快的響應(yīng)速度，因此需要為光敏二極管設(shè)置反向工作電壓。反向偏置電壓越高，響應(yīng)速度雖然會(huì)提高，但是暗電流也越大，降低了光敏二極管的靈敏度。一般光敏二極管的反向工作電壓設(shè)置在幾百毫伏至兩伏之間。

一般的紅外接收電路的輸入結(jié)構(gòu)中，光敏二極管將接收到的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)過限流以后，通過I-V轉(zhuǎn)換電路形成電壓信號(hào)差分輸入電路。

如圖1所示，在輸入紅外信號(hào)較小的情況下，I1＝I2＝Ip。差分運(yùn)放X1的差分輸入電壓為Ip*(R1_1+R1_2+R1_3)；隨著輸入紅外光的強(qiáng)度的增加，輸入電流I1＝Ip不斷增加，當(dāng)I1*R1_1大于NMOS管N1的開啟電壓時(shí)，NMOS管N1開啟，從而改變負(fù)載電阻網(wǎng)絡(luò)，減小了輸入電流；當(dāng)輸入紅外信號(hào)的強(qiáng)度繼續(xù)增加，當(dāng)I2(Ip)*R1_2大于NMOS管N2的開啟電壓后，NMOS管N2啟，進(jìn)一步減小輸入電阻；當(dāng)輸入的紅外信號(hào)過強(qiáng)時(shí)，NMOS管N1和NMOS管N2的電流趨于飽和，電壓V1_1下降，即光敏二極管的反相工作電壓下降，影響光敏二極管光電轉(zhuǎn)換的性能；當(dāng)電壓V1_1下降過大時(shí)，甚至可能使光敏二極管正向?qū)ǎ瑥亩鵁o法正常接收紅外信號(hào)。

綜上，一般的紅外電路輸入結(jié)構(gòu)的設(shè)置有兩點(diǎn)限制：

1)光敏二極管的反相工作電壓設(shè)置在幾百毫伏至兩伏之間。紅外接收中需要光敏二極管工作在光致電導(dǎo)(反偏置)模式下以保證紅外接收頭具有較快的響應(yīng)速度，因此需要為光敏二極管設(shè)置反向工作電壓。光敏二極管的反向工作電壓不能太高，反向偏置電壓越高，響應(yīng)速度雖然會(huì)提高，但是暗電流也越大，會(huì)降低了光敏二極管的靈敏度。

2)I-V轉(zhuǎn)換電路中電阻約為200k左右。阻值過大的電阻會(huì)大大增加芯片面積，同時(shí)也會(huì)引入很大的分布電容和熱噪聲。并且會(huì)導(dǎo)致光電二極管的帶寬過小，甚至低于紅外載波頻率。結(jié)合實(shí)際所需帶寬(38kHz左右)以及光致電導(dǎo)模式下光敏二極管的電容，可以確定此電阻的最大阻值在200k左右。

由于存在這兩點(diǎn)限制，當(dāng)輸入紅外光信號(hào)過于強(qiáng)烈時(shí)，輸入結(jié)構(gòu)趨于飽和，出現(xiàn)飽和失真，無法正常的輸入差分電壓信號(hào)。

所以，當(dāng)一般的紅外接收電路應(yīng)用于強(qiáng)光干擾的環(huán)境下時(shí)，電路的靈敏度會(huì)大幅下降，接收距離大為縮短，甚至無法正常工作。