[發(fā)明專利]一種包含內(nèi)部缺陷的光耦低頻噪聲等效電路構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310375716.5
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN104020404B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃姣英;孫悅;王宇飛;張曉雯
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種包含內(nèi)部缺陷的光耦低頻噪聲等效電路構(gòu)建方法，它是一種能夠反映光耦內(nèi)部缺陷變化影響的低頻噪聲等效電路，其中涉及典型光耦的等效模型設(shè)計以及低頻噪聲測試電路設(shè)計。利用Pspice軟件的噪聲分析功能，對包含缺陷的光耦低頻噪聲等效電路進行輸出噪聲分析，同時觀察缺陷變化對光耦電流傳輸比(CTR)及輸出低頻噪聲的影響，將其結(jié)果與實際電路噪聲輸出結(jié)果進行比較，仿真結(jié)果與實際電路輸出結(jié)果吻合良好。

背景技術(shù)

光耦是以光為媒介，用來傳輸電信號的器件。典型的光耦是由一個紅外發(fā)光二級管與一個受光控制的光敏晶體管(常見為光敏三極管)封裝在同一個管殼內(nèi)的器件。由于具有體積小、壽命長、抗干擾性強等優(yōu)點，光耦可以代替繼電器、變壓器、斬波器等用于隔離線路、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)化、長線傳輸、過流保護、線性放大等眾多場合。

電流傳輸比(CTR)是光電耦合器的一個主要和重要參數(shù)之一，定義為輸出電壓為規(guī)定值時，輸出電流與發(fā)光二極管正向電流之比，表示為：CTR＝I_C/I_F×100％。導(dǎo)致光耦性能退化的主要因素是電流傳輸比(CTR)的降低，而引起CTR降低的直接原因是材料中產(chǎn)生能夠俘獲載流子的陷阱數(shù)目增多，致使載流子數(shù)目減少。陷阱的來源主要包括材料本身存在的缺陷或雜質(zhì)電學(xué)應(yīng)力及環(huán)境等因素誘生的缺陷。最近的研究結(jié)果表明，光耦內(nèi)部雜質(zhì)、缺陷陷阱會引起器件低頻1/f噪聲和產(chǎn)生-復(fù)合噪聲(G-R噪聲)的增加，同時也會使器件發(fā)生參數(shù)衰竭及使用壽命縮短。因此，光耦的低頻噪聲是能夠反映其可靠性的一個重要因素。

Pspice噪聲分析模塊可以針對電路中半導(dǎo)體的固有工作噪聲作復(fù)雜計算，它的計算結(jié)果是所求節(jié)點相對于輸入電源的等效噪聲，即將整個電路中的噪聲源都集中折算到選定的獨立源處，然后計算在等效噪聲源的激勵下，所求節(jié)點處產(chǎn)生的噪聲。噪聲分析伴隨AC分析進行，對交流分析的每一點，Pspice程序計算出電路的制定輸出端的等效噪聲，并對指定輸入端計算等效輸入噪聲電平，且對輸入/輸出噪聲電平相對于噪聲帶寬的平方根進行歸一化。噪聲電壓 和電流的單位分別是和因此，可以通過Pspice軟件對光耦噪聲測試電路中指定節(jié)點處等效固有噪聲進行仿真分析。

發(fā)明內(nèi)容

1、目的：本發(fā)明的目的是提供一種包含內(nèi)部缺陷的光耦低頻噪聲等效電路構(gòu)建方法，它完善了典型光耦的低頻噪聲測試電路內(nèi)部缺陷結(jié)構(gòu)形式，通過仿真的形式，更直觀定性地觀察缺陷俘獲載流子的過程以及缺陷的產(chǎn)生變化對光耦輸出低頻噪聲、電流傳輸比的影響，為進一步開展光耦可靠性評估方法研究工作做鋪墊。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明一種包含內(nèi)部缺陷的光耦低頻噪聲等效電路構(gòu)建方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：建立光耦的Pspice等效模型。參照圖1典型光耦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，首先建立光耦的Pspice等效模型，如圖2。其中，二極管D1代表光耦中的發(fā)光二極管即輸入端，三極管Q1代表光耦中的光敏晶體管，該晶體管的集電極為光耦的輸出端。受控電流源H、受控電壓源G分別把電流轉(zhuǎn)換成電壓、把電壓轉(zhuǎn)換成電流，連通中間的電阻和電容構(gòu)成一個通路，模擬光耦中的光電轉(zhuǎn)換過程。

步驟二：確定光耦的Pspice等效模型參數(shù)。在確定了光耦的Pspice等效模型后，需要對等效模型內(nèi)部各參數(shù)設(shè)置進行設(shè)置，包括對其中的二極管模型參數(shù)、三極管模型參數(shù)以及受控電流源H、受控電壓源G的增益等進行合理設(shè)置。各參數(shù)的設(shè)置均參考實際光耦的測試情況(包括光耦內(nèi)部發(fā)光二極管、光敏三極管等的參數(shù)測試情況)。本發(fā)明在進行Pspice建模時參考的是安捷倫(Angilent)公司生產(chǎn)的HCPL-2530型光耦的測試情況。等效電路中，二極管的參數(shù)是利用Angilent測試儀器通過測試電壓-電流(U-I)曲線數(shù)據(jù)，再在Pspice的模型參數(shù)配置里進行回歸得出。光敏部分有多個元件，三級管Q1的模型參考技術(shù)手冊設(shè)置。本發(fā)明中二極管、三極管的模型參數(shù)如圖8、圖9所示。