ET特性教育(参数解说)copy.ppt

TMTP光素子E/T特性教育资料(特性参数),Content1.概述1.1生产一部主要产品分类1.2关于Open、Short2.LED(发光二极管)2.1LED结构及符号2.2LEDTYPEDevice2.3LED发光波长分布特性2.4LED电特性参数意义2.4.1VF、IF2.4.2VR、IR、BVR2.4.3Thyrist2.4.4Po3.PD(受光二极管)3.1PD结构及符号3.2PDTYPEDevice3.3PD感光波长分布特性,3.4PD电特性参数意义3.4.1VF、BVR、Thyrist3.4.2ID3.4.3Ish、Vop4.PT(受光三极管)4.1PT结构及符号4.2PTTYPEDevice4.3PT感光波长分布特性4.4PT电特性参数意义4.4.1BVCEO、BVECO、ICEO4.4.2VCES4.4.3ICEL5.OEIC(光电集成电路)5.1OEICTYPEDevice5.2三端子5.2.1发光TYPE原理框图5.2.2受光TYPE原理框图,5.2.3术语及特性参数1)电平、VOL、VOH2)LightOn、DarkOn3)变调光、变调受光4)VCC、ICC、Ip-p5)T、t、Duty6)TPLH、TPHL、TPDL、TPLD7)EVLH(PpLH)、EVHL(PpHL)、Hysteresis5.3Encoder5.3.1Encoder工作原理5.3.2chip受光部实际分布情况5.3.3术语及特性参数1)T、t、Duty2)Phase、1、2、3、43)Scale的方向、速度附1.ResetIC(复位IC)1.1ResetICTYPEDevice1.2ResetIC工作原理1.3ResetIC电特性参数意义1.3.1VOPL、VS、VS1.3.2ICCH、ICCL1.3.3TPLH、TPHL1.3.4VOL、IOL、Id、BVR,1.概述1.1生产一部主要产品分类Emitter(发光素子)LED(light-emittingdiode，发光二极管)Detector(受光素子)PD(photodiode，受光二极管)PT(phototransistor，受光三极管)OEIC(opto-electronicintegratedcircuit，光电集成电路),1,1.2关于Open、Short器件要正常工作,就必须有电流驱动。在Open(开路)情况下，与器件相关的回路断开导致电流无法流过器件，因此器件无法工作。在Short(短路)情况下，电流从与器件并联的大电导流过而不流过器件，因此器件无法工作。,正常闭合回路,Open,Short,2,2.LED(发光二极管)2.1LED结构及符号TMTP所生产的发光二极管是化合物半导体材料(GaAlAs等)所制作的单PN结器件，其制作工艺一般为外延生长法。发光二极管的典型结构及符号如下图所示,3,2.2LEDTYPEDevice以下几种Device属于发光二极管(括号内是其峰值发光波长)EL-XXX(940nm)KEL-XXX(940nm)KET-XXX(940nm)KER-XXX(940nm)IL-XXX(890nm)CL-XXX(870880nm)KCL-XXX(870880nm)ML05-XXX(865nm)PL05-XXX(740nm)KBL-XXX(639nm)BL05-XXX(650660nm)BL15-XXX(650660nm)KBL-XXX(639nm),4,2.3LED发光波长分布特性LED的发光峰值波长由chip的材料结构决定。以下为部分Device的发光波长分布图,黄(yellow),380,400,440,480,520,560,600,640,680,720,760,800,900,1000,波长,(nm),1100,紫(purple),靛(indigo),蓝(blue),绿(green),橙(orange),红(red),20%,40%,60%,80%,100%,相对发光强度,5,2.4LED电特性参数意义2.4.1VF、IFVF正向导通压降二极管正向偏置时，只有当电压超过某一数值(该电压值称为导通电压)后才有明显的正向电流，而正向导通时的压降就用VF表示。IF正向导通电流二极管正向偏置时，只有当电压超过某一数值(导通电压)后才有明显的正向电流，而正向电流就用IF表示。对于一个特定的二极管而言，其VF和IF是一一对应的，每一个VF对应唯一一个IF，反之亦然。,发光二极管正向电压电流特性,6,2.4.2VR、IR、BVRVR反向电压IR反向电流BVR反向击穿电压二极管反向偏置时，在一定范围内的反向电压下反向电流很小，但是反向电压超过某一数值后反向电流急剧增加，这种现象称为反向击穿，而这一电压值称为反向击穿电压(用BVR表示)。,发光二极管的电压电流特性,7,2.4.3ThyristThyrist寄生晶闸管效应二极管正向偏置时，正向电压增加到正常的导通电压时，并没有明显的正向电流，只有当电压增加到一个较大的值之后，电流才开始明显增大，同时二极管的正向压降也会突然降低(V-I曲线如右下图所示)，这种现象就是寄生晶闸管效应。,二极管正常V-I曲线,二极管TyristV-I曲线,8,2.4.4PoPo发光强度发光强度是指在特定的正向电流(IF)下，LED所发出的全部光的强度。,9,3.PD(受光二极管)3.1PD结构及符号TMTP所生产的受光二极管是半导体Si材料的单pn结器件，是扩散法制作的平面二极管。受光二极管的典型结构及符号如下图所示,PD典型结构,10,3.2PDTYPEDevice以下几种Device属于受光二极管HP-XXXHPI-XXXKHP-XXX,11,3.3PD感光波长分布特性PDchip材料均相同(Si)，所以各devicechip本身的感光波长特性基本相同，但是由于有些device使用黑色的EMC滤去了大部分低波段的入射光，感光波长特性曲线向长波段集中(例如HP-5FR2)。下面是两种Device的感光波长分布图,12,3.4PD电特性参数意义3.4.1VF、BVR、ThyristVF正向导通压降BVR反向击穿电压Thyrist寄生晶闸管效应以上几个特性参数的意义请参见LED相关内容。,13,3.4.2IDID暗电流在无光照射的情况下，受光二极管外加一定反向偏置电压时会流过一个很小的反向电流，称为受光二极管的暗电流。,受光二极管的电压电流特性,14,3.4.3Ish、VopIsh短路电流有光照射时，如果把受光二极管的两端短路，入射光产生的电荷就会通过过外部回路进行定向流动，因此而产生的电流称为短路电流。Vop开路电压有光照射时，如果受光二极管的两端开路，入射光产生的正负电荷分别积累在正极和负极两极之间因此产生电势差，这个电势差称为受光二极管的开路电压。,受光二极管的电压电流特性,15,4.PT(受光三极管)4.1PT结构及符号TMTP所生产的受光三极管是半导体Si材料采用双扩散法制作而成的平面晶体管。受光三极管的典型结构及符号如下图所示,PT典型结构,E:Emitter(发射极),B:Base(基极),C:Collector(集电极),16,4.2PTTYPEDevice以下几种Device属于受光三极管ST-XXXKST-XXXPT-XXXLTB-XXX,17,4.3PT感光波长分布特性PTchip材料均相同(Si)，所以各devicechip本身的感光波长特性基本相同，但是由于有些device使用有色的EMC滤去了大部分低波段的入射光，感光波长特性曲线向长波段集中(例如ST-308)。下面是两种Device的感光波长分布图,18,4.4PT电特性参数意义4.4.1BVCEO、BVECO、ICEOBVCEO不受光时，在PT的集电极-发射极之间加正向偏压(如左上图所示)，偏压在一定范围内时流过PT的电流很小，但是偏压超过某一数值后电流急剧增加，而这一电压值称为集电极-发射极间击穿电压，用BVCEO表示。BVECO不受光时，在PT的发射极-集电极之间加正向偏压(如左下图所示)，偏压在一定范围内时流过PT的电流很小，但是偏压超过某一数值后电流急剧增加，而这一电压值称为发射极-集电极间击穿电压，用BVECO表示。ICEO不受光时，在PT的集电极-发射极之间加一定正向偏压(如左上图所示)时，流过PT的电流很小，这个电流就称为PT的暗电流，用ICEO表示。,19,4.4.2VCESVCES饱和压降PT以左下图所示连接方式工作时，随着入射光强度的增强集电极-发射极之间压降(VCE)逐渐减小，但是当入射光强度增加到一定程度时，集电极-发射极之间压降不再随光强的增大而减小，而是保持不变(如右下图所示)。这时集电极-发射极之间压降(VCE)称为饱和压降，用VCES表示。,PT传输特性,20,4.4.3ICELICEL光电流PT正常工作时(偏置方法参见左下图)，入射光产生的光生基极电流被三极管结构放大，这时的集电极-发射极间电流就称为受光三极管的光电流，用ICEL表示。如果以IBL表示光生基极电流的大小，hFE表示直流电流放大倍数，有如下关系式,等效为,21,5.OEIC(光电集成电路)5.1OEICTYPEDevice以下几种Device属于光电集成电路三端子：PIC-XXXFIC-XXXIIC-XXXGIC-XXXMIC-XXXEncoder：PIC-XXXOneMold：PIC-XXXKSM-XXX,22,5.2三端子5.2.1发光TYPE原理框图三端子TYPE中的FIC-XXX、IIC-XXX、GIC-XXX、MIC-XXX把一个可以输出震荡电流(或电压)的IC和一个LED(发光二极管)组合在一起，利用IC输出的震荡电流(或电压)驱动LED，使其调频发光。IC和LED是两个独立的chip。其结构框图如左下图所示(MIC-7803结构如右下图),23,5.2.2受光TYPE原理框图三端子TYPE中的PIC-XXXDevice利用PD(受光二极管)把输入光信号转换为电信号，然后利用后续电路对这个电信号进行处理，最后输出与入射光信号相对应的高电平或低电平。PD和后续信号处理电路制作在同一个chip上。其结构如下图所示,24,5.2.3术语及特性参数1)电平、VOL、VOH数字集成电路输出的电压一般有两种状态，一种是较小的(近似为0)，一种是较大的(近似为VCC)。这种电压的状态称为电平，其中较小的称为输出低电平用VOL表示，较大的称为输出高电平用VOH表示。以左下图的电路为例，假设其中的VCC=5.0V，当Vo1电压较大时，三极管导通，Vout的电压大小即为三极管的饱和压降一般在0.4V以下，这就电路的VOL；当Vo1电压较小时，三极管截止，Vout的电压为5.0V，这就电路的VOH。,25,2)LightOn、DarkOnLightOn受光时，制品的输出级三极管是导通(On)的，输出状态为VOL；不受光时，输出级三极管是截止(Off)的，输出状态为VOH。DarkOn受光时，制品的输出级三极管是截止(Off)的，输出状态为VOH；不受光时，输出级三极管是导通(On)的，输出状态为VOL。,26,3)变调光、变调受光变调光光源不是持续发光，而是以一定的频率间歇发光。左下图是变调发光的示意图。变调受光制品只对以固定频率发光的光信号有感应，对于以其它的不同频率间歇发光的光信号或者持续发光的光信号则没有感应。请参见右下图所示情况。,变调发光,27,4)VCC、ICC、Ip-pVCC工作电压只有在外界提供有一定电压的情况下IC才能够正常工作，而正常工作时所需的电压就称为IC的工作电压。ICC消耗电流正常工作时流过制品的电流。参见左下图。Ip-p电流峰峰值对于发光TYPE的三端子，流过制品的是震荡电流，其波形如右下图所示，电流最大值与最小值之间的差就是电流峰峰值，用Ip-p表示。,发震电流,28,5)T、t、DutyT周期三端子发光TYPE的震荡电流的电流值在小电流和大电流之间周而复始地变化，这种变化重复一次所经过的时间称为周期。t脉冲宽度一个变化周期中电流保持在大电流值的时间称为脉冲宽度。Duty占空比占空比是脉冲宽度与周期的比值。如下式所示：,29,6)TPLH、TPHL、TPDL、TPLDTPLH输出电平由低变到高时所对应的应答延迟以DarkOn型为例，从光入射到制品开始到Vout电压值上升到VOH的90%所经过的时间就是TPLH。TPHL输出电平由高变到低时所对应的应答延迟以DarkOn型为例，从撤除入射光开始到Vout电压值下降到VOH的10%所经过的时间就是TPHL。TPDL输入信号由无光变到有光时所对应的应答延迟对于DarkOn型相当于TPLH，对于LightOn型相当于TPHL。TPLD输入信号由有光变到无光时所对应的应答延迟对于DarkOn型相当于TPHL，对于LightOn型相当于TPLH。,30,延迟时间一般如前面所述定义为从输入信号开始变化到输出电压上升到VOH的90%或下降到VOH的10%所经过的时间，但有时把延迟时间定义为从输入信号开始变化到输出电压上升到VOH的50%或下降到VOH的50%所经过的时间(如下图所示)。tr上升时间输出电压从VOH的10%上升到90%所经过的时间称为上升时间。tf下降时间输出电压从VOH的90%下降到10%所经过的时间称为下降时间。,31,7)EVLH(PpLH)、EVHL(PpHL)、HysteresisEVLH(PpLH)输出电平由低变到高时所对应的入射光强度其值一般取为输出电压上升到VOH的90%时所对应的入射光强度，用EVLH或PpLH表示。EVHL(PpHL)输出电平由高变到低时所对应的入射光强度其值一般取为输出电压下降到VOH的10%时所对应的入射光强度，用EVHL或PpHL表示。Hysteresis滞后系数滞后系数反映了PpLH和PpHL两者间的差距。对于DarkOn型，滞后系数由下式决定：,32,对于LightOn型，其情况如下图所示。对应的滞后系数Hysteresis由下式决定：IFLH用LED作信号源时，可以用其IF值来表征光的强度，那么PpLH也可以表示为IFLH。IFHL同样，PpHL也可用IFLH来表示。,33,5.3Encoder5.3.1Encoder工作原理Encoder制品(PIC-6207、6217等)chip电路的原理框图如下图所示。当有光束扫过chip表面时，PDA1与PDA2、PDB1与PDB2受光的先后顺序不同，在某一时刻PD之间受光照射强度就有差异，而这种光强的差异最后通过VoutA和VoutB电平的高低反映出来。光束运动的方向和速度都可以通过VoutA和VoutB电平的变化情况反映出来。,34,以上图所示情况为例，光栅从左向右运动，在“0”位置时PDA1和PDA2受光面积相等；在“0”和“2”之间时，PDA1受光面积大于PDA2，PDA1的光电流大于PDA2，A1点电位低于A2点(参见原理框图)，比较器CompA输出低电平，触发器SchmittA输出低电平，三极管TrA截止，VoutA输出为高电平；,35,在“2”位置时PDA1和PDA2受光面积相等；在“2”和“4”之间时，PDA1受光面积小于PDA2，PDA1的光电流小于PDA2，A1点电位高于A2点，比较器CompA输出高电平，触发器SchmittA输出高电平，三极管TrA导通，VoutA输出为低电平；从“4”位置继续向右运动，PDA1和PDA2受光的情形不断地循环重复着上述“0”和“4”之间的情况，VoutA输出波形也跟着作周期性变化(参见上页VoutA波形图)。可以按照同样的方法分析VoutB的波形(参见上页VoutB波形图)。,36,5.3.2chip受光部实际分布情况实际应用中，为了提高产品的分辨率，防止油污等对制品动作的影响，往往把chip中PD的受光面分多个部分并与其它PD的受光部分按一定顺序相间排列。如果把每一个受光部分都看作一个单独的PD，那么原来的PD就可以看作是这些小的PD的并联。左图是PD并联效果示意图。下图是chip表面PD受光部分布序列示意图。,37,5.3.3术语及特性参数1)T、t、DutyT周期由5.3.1节Encoder工作原理相关内容可知，周期等于光栅从“0”位置运动到“4”位置所经历的时间。t脉冲宽度脉冲宽度等于光栅从“0”位置运动到“2”位置所经历的时间。Duty占空比其中DSCALE是光栅一个单元(一个遮光部和相邻的受光部)的宽度，DPDA是PDA的两个受光部之间的距离，如右图所示。,38,2)Phase、1、2、3、4因为PDA和PDB不是同步受光，所以VoutA和VoutB的波形在时间上也不是同步的。可以用一个角度值来确定波形所对应时间值，这个角度值叫做相位，其英文是phase。这样VoutA和VoutB的波形在时间上的差异就可以用一个角度值来表示，称为相位差，用或表示。相位差和时间差之间的对应关系如下式所示：相位差1、2、3、4与VoutA和VoutB波形之间的关系如右图所示。,39,由上面的分析可以知道1所对应的是VoutB比VoutA落后的时间，也就是光栅从“0”位置运动到“1”位置所经历的时间，其值如下式：,因为,所以,40,3)Scale的方向、速度光栅从左向右运动时，PDA先于PDB受光，所以VoutA的波形领先于VoutB；光栅从右向左运动时，PDA在PDB之后受光，所以VoutA的波形落后于VoutB。通过VoutA和VoutB两者波形的相位先后关系可以判断出光栅运动的方向(参见右图)。由上面的分析已知所以光栅运动的速度由下式表示：其中参数的含义请参见以前的相关内容。,41,附1.ResetIC(复位IC)1.1ResetICTYPEDeviceResetIC是生产一部目前生产的唯一一个非光素子的制品Type。以下几种Device属于ResetICBMR-0101BMR-0201BMR-0301BMR-0401BMR-3X01BMR-4X01下面将以BMR-0301为例对ResetIC进行说明。,42,1.2ResetIC工作原理R