高精度光电电流检测芯片的制作方法

1.本实用新型涉及光电检测技术领域，具体涉及一种高精度光电电流检测芯片。


背景技术：

2.光电检测技术是光电信息技术的主要技术之一，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。高精度光电电流检测芯片主要用于判断是否接收到微弱的光信号，是光电检测技术中最不可或缺的器件。随着工业生产自动化程度的提高和安防消防的发展，对高精度的光电电流检测芯片的需求大大增加。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种高精度光电电流检测芯片，具有精度高的特点。
4.具体技术方案如下：
5.一种高精度光电电流检测芯片，在第一种可实现方式中，包括：
6.前馈放大器，为两级密勒补偿结构；
7.反馈电路，跨接在所述前馈放大器的输出端和反相输入端之间；
8.偏置电流电路，用于向所述前馈放大器提供偏置电流。
9.结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，所述前馈放大器包括五管放大器、单管共源放大器和电压比较器，该五管放大器的输出端经单管共源放大器连接电压比较器的输入端，所述五管放大器的偏置节点与单管共源放大器的输出端之间跨接有密勒电容。
10.结合第二种可实现方式，在第三种可实现方式中，所述五管放大器由电流源电路、pmos差分输入对和有源负载的nmos对组成。
11.结合第三种可实现方式，在第四种可实现方式中，所述电流源电路设置有电流镜，该电流镜的输入端与所述偏置电流电路的输出端连接，所述电流镜的输出端分别与pmos差分输入对和有源负载的nmos对的源端连接。
12.结合第一至四种可实现方式中的任意一种可实现方式，在第五种可实现方式中，所述前馈放大器中的所有pmos管的衬底接入自身源端，所有的nmos管的衬底接地。
13.结合第一种可实现方式，在第六种可实现方式中，所述反馈电路设置有反馈电阻和电容，该反馈电阻和电容并联在所述前馈放大器的输出端和反相输入端之间。
14.结合第六种可实现方式，在第七种可实现方式中，所述反馈电阻包括多个串联的电阻。
15.结合第一种可实现方式，在第八种可实现方式中，所述偏置电流电路设置有带隙基准源电路，该带隙基准源电路用于向所述前馈放大器提供偏置电流。
16.结合第一种可实现方式，在第九种可实现方式中，还包括低压监测电路，该低压监测电路用于监测所述偏置电流电路的电源端电压。
17.有益效果：采用本实用新型的高精度光电电流检测芯片，通过设置的前馈放大器可以采集并放大光电二极管受到光照时产生的微弱光电流，前馈放大器采用两极密勒补偿结构可以使整个系统保持稳定，提高光电流的检测精度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1为本实用新型一实施例提供的检测芯片的电路原理图；
20.图2为图1所示的检测芯片的前馈放大器的电路原理图；
21.图3为图1所示的检测芯片的偏置电流电路的电路原理图；
22.图4为图1所示的检测芯片的低压监测电路的电路原理图。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
24.如图1所示的高精度光电电流检测芯片的电路原理图，该检测芯片包括：
25.前馈放大器，为两级密勒补偿结构；
26.反馈电路，跨接在所述前馈放大器的输出端和反相输入端之间；
27.偏置电流电路，用于向所述前馈放大器提供偏置电流。
28.具体而言，采用两级密勒补偿结构的前馈放大器可以获得足够高的增益以及系统稳定性，提高检测芯片的检测精度。前馈放大器的同相输入端和反相输入端可以分别连接光电二极管的正极和负极，反馈电路可以跨接在前馈放大器的输出端和反相输入端之间以提高前馈放大器的增益，偏置电流电路可以为整个芯片提供稳定的偏置电流，为放大器提供直流工作点。
29.在本实施例中，优选的，如图2所示，所述前馈放大器包括五管放大器、单管共源放大器和电压比较器，该五管放大器的输出端经单管共源放大器连接电压比较器的输入端，所述五管放大器的偏置节点与单管共源放大器的输出端之间跨接有密勒电容。
30.具体而言，五管放大器和单管共源放大器可以放大光电二极管受到光照时产生的光电流，在五管放大器的偏置节点与单管共源放大器的输出端之间跨接密勒电容可以获得更大的等效电容。
31.在本实施例中，优选的，所述五管放大器由电流源电路、pmos差分输入对和有源负载的nmos对组成。电流源电路可以为pmos差分输入对和有源负载的nmos对提供偏置电流，采用pmos差分输入对不仅可以提高输入输出摆幅，提高芯片的检测精度，而且采用差分结构可以增强芯片的抗干扰能力。
32.在本实施例中，优选的，所述电流源电路设置有电流镜，该电流镜的输入端与所述偏置电流电路的输出端连接，所述电流镜的输出端分别与pmos差分输入对和有源负载的nmos对的源端连接。通过电流镜可以精确镜像电流，为pmos差分输入对和有源负载的nmos对提供偏置电流。
33.在本实施例中，优选的，所述前馈放大器中的所有pmos管的衬底接入自身源端，所有的nmos管的衬底接地。通过将前置放大器中的所有的pmos管的衬底接入自身源端，以及将所有nmos管的衬底接地，可以减小pmos管的阈值电压，
34.在本实施例中，优选的，如图1所示，所述反馈电路设置有反馈电阻和电容，该反馈电阻和电容并联在所述前馈放大器的输出端和反相输入端之间。
35.在本实施例中，优选的，所述反馈电阻包括多个串联的电阻。具体而言，可以在前馈放大器的输出端和反相输入端之间跨接4个电阻，通过短接电阻可以调节前馈放大器的增益，以满足不同的需求。
36.在本实施例中，优选的，如图3所示，所述偏置电流电路设置有带隙基准源电路，该带隙基准源电路用于向所述前馈放大器提供偏置电流。具体而言，带隙基准源电路主要利用三极管的负温度系数与mos管的正温度系数，通过合理调整三极管与mos管参数，将具有有负温度系数的三极管与具有正温度系数的两个三极管基级
‑
发射级电压之差按合适的权重进行组合，最终得到与温度、电源电压无关的偏置电压，以此提供不受温度影响的稳定偏置电流。
37.如图所示，运算放大器amp1与两个相同的pmos管m1、m2形成负反馈，使得a、b两点处的电压相等，所以三极管q1、q2两端的电压差δv
eb
加在电阻r1两端，δv
eb
为正温度系数，也就是电阻r1两端电压为正温度系数，与三极管q1负温度系数相互抵消，输出电压与温度无关。m3、r2、q3支路同理，所以v
ref
是与温度无关的量。
38.同时，amp1形成深度负反馈，当电源电压增大时，q1和q2支路电流增大，则amp1正负输入端电流增大，由于电阻电压随电流增大呈线性增加，而三极管基极
‑
发射极电压随电流增长呈对数增长，q2支路电压增长速度低于q1支路电压增长速度，所以amp1正向电压增长更快，所以输出电压变大，使得q1、q2电流减小，形成深度负反馈，维持输出端电流电压的稳定。m1所在支路电流稳定，所以输出的电压v
ref
比较稳定。电压电流转换电路是使用单位增益负反馈运放将输入电压v
ref
传到输出，利用电阻将电压转换成电流，最终通过电流镜将ibias精准复制，为前馈放大器提供偏置电流。
39.在本实施例中，优选的，还包括低压监测电路，该低压监测电路用于监测所述偏置电流电路的电源端电压。如图4所示，通过低压监测电路可以监测偏置电流电路的电源端的电压，以及时发现电源端电量不足的情况。
40.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。