摘要：為了實現(xiàn)可見光傳輸信號的接收，并盡可能減小接收機的體積，適應(yīng)不同亮度下的傳輸，利用0．18μm CMOS工藝，自主設(shè)計光探測器、跨阻放大器、主放大器并集成于一片，形成單片集成的可變增益光接收機。經(jīng)過軟件模擬，激光入射測試以及實地的配合由可見光控制的智能家具系統(tǒng)的測試，證明該接收機擁有良好的接收效果并能適應(yīng)可見光的低傳輸速率，且有較大的輸入動態(tài)范圍。
關(guān)鍵詞：可見光；單片集成；可變增益；開關(guān)電路；RGC；反相器

近年來，隨著社會信息化程度不斷提高，信息交換量呈爆炸性增長，而人們也不再局限于對無線局域網(wǎng)傳輸速率的追求，開始在應(yīng)用領(lǐng)域以及安全性問題上進行更廣泛的探索研究?？梢姽馔ㄐ啪褪墙鼛啄臧l(fā)展火熱的通信方式之一。與目前使用的無線局域網(wǎng)相比，“可見光通信”系統(tǒng)具有安全性高的特點。用窗簾遮住光線，信息就不會外泄至室外，同時使用多臺電腦也不會影響通信速度。由于不使用無線電波通信，對電磁信號敏感的醫(yī)院、飛機等場所也可以自由使用該系統(tǒng)。在設(shè)計工藝方面，以往多采用砷化鎵或者雙極性硅工藝來實現(xiàn)，但它們有成本高、功耗大、集成度低的缺點。近幾年來，高成品率、低成本的CMOS工藝已被廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)芯片的設(shè)計中。本文即采用0．18μm CMOS工藝實現(xiàn)了可見光接收機的單片集成。

1 電路設(shè)計
1．1 電路的整體設(shè)計
如圖1所示，本次設(shè)計的光接收機由光探測器、開關(guān)電路、前置放大器、主放大器、濾波電容、反相器等部分構(gòu)成。由于自然光的影響，探測器在數(shù)據(jù)0傳輸時也會有微弱的電流輸出，所以設(shè)計時必須嚴格控制放大器的放大倍數(shù)于合理的范圍，既要滿足高電平的放大，也要避免低電平放大后達到開啟電壓。

1．2 光探測器
該設(shè)計的光探測器是利用N井屏蔽襯底載流子的雙光電二極管DPD結(jié)構(gòu)。CMOS工藝中用來實現(xiàn)源漏區(qū)的離子注入被用來形成DPD的陰陽極。制作方法為在N井內(nèi)制作P+又指排列電極，并利用N+擴散引出N井電極，N井周圍被P+保護環(huán)包圍。P+叉指結(jié)構(gòu)排列是為了增加耗盡區(qū)寬度且使耗盡區(qū)電場更加均勻，以利于更多的光生載流子做快速漂移運動。
根據(jù)實測，在一般室內(nèi)照明下，由于探測器至光源距離不同，該探測器輸出電流在1．5～3．5μA之間，而在關(guān)閉光源的情況下有約0．1 μA的輸出。
1．3 開關(guān)電路
由于本次采用單片集成的設(shè)計，所以為了避免探測器長時間向放大電路輸入電流，故在探測器與放大電路間加入開關(guān)電路。開關(guān)電路設(shè)計如圖2所示，a、b端分別連接探測器和放大器，SEL接高電位時開關(guān)電路導(dǎo)通，反之截止。

由于開關(guān)電路導(dǎo)通時即相當于短路，不會引入附加的電容、電阻，帶寬也遠高于放大電路主體，故不會對電路產(chǎn)生影響。