（微电子学与固体电子学专业论文）红外遥控接收芯片设计.pdf

贵州大学硕士学位论文 摘要 红外遥控器成本低廉、功耗低、连接方便、简单易用，在很多小型移动设备 中得到了广泛的应用。目前，红外遥控器已经成为家用电器的标准部件。电视机、 录像机、d v d 、音频功放、空调等设备的几乎所有功能都可以通过红外遥控器来 控制。 本课题的任务是研制关于红外遥控接收芯片。这是一款专门为红外遥控系统 设计的小型化接收芯片。该芯片具有宽电源电压、高灵敏度、较好的噪声抑制以 及较强的抗外部光源的干扰能力。该芯片可以选择4 种不同的载波频率( 3 6 o k h z 、 3 7 9k h z 、4 0 0k h z 、5 6 7k h z ) ，而且为了保证中心频率的准确度，还有5 个t r i m m i n g 点可以用来对此频率进行微调。芯片内部集成了多个信号处理模块， 可以直接检测光电二极管接收到的光电流信号，并对信号进行放大、滤波、解调， 从而完成红外信号的接收。 本课题利用c a d e n c e 、t a n n e r 公司的l - e d i t 等一系列工具完成了全c m o s 红外 遥控接收芯片的电路设计、电路仿真和版图设计。通过仿真，证实芯片功能正确； 在版图实现方面，采用了上华0 5 u mm i x e ds i g n a lc m o s 双阱双多晶三铝工艺， 并参加了无锡上华的多项目晶圆计划( m p w ) 。 关键词：红外遥控红外光电二极管载波频率数模混合电路 c m o s 3 贵州大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n f r a r e dr e m o t ec o n t r o lh a sal o to fa d v a n t a g e ss u c ha slo wc o s t 、 l o wp o w e r 、c o n v e n i e n tc o n n e c t i n ga n da p p l i c a t i o n ，s oi ta p p l i e st om a n y k i n d so fs m a ll s c a l em o b il ed e v i c e se x t e n s i v e l y a tp r e s e n t ，i n f r a r e d r e m o t ec o n t r o lh a sb e c o m eas t a n d a r dp a r to fh o u s ea p p li a n c e s a l m o s ta ll t vs e t s ，v c r s ，d v dp l a y e r s ，s t e r e oa n da i r c o n d i t i o n sc a nb ec o n t r o l l e d t h i sw a y t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fi n f r a r e dr e m o t er e c e i v e r c h i p ，w h i c hi sam i n i a t u r i z e dr e c e i v e ri cf o r t h ei n f r a r e dr e m o t ec o n t r o l s y s t e m t h i sc h i ph a saw i d eo p e r a t i n gv o l t a g er a n g ef r o m2 7 vt o5 5 v ， ah i g hs e n s i t i v i t y ，g o o dn o i s ei m m u n i t ya n dh i g hi m m u n i t yf r o me x t e r n a l 1i g h ts o u r c ed i s t u r b a n c e o n ec a ns e l e c tf o u rd i f f e r e n tf r e q u e n c yv a l u e o fc a r r i e rw a v e ( 3 6 0 k h z 、3 7 9k h z 、4 0 0k h z 、5 6 7k h z ) a n dt h e r ea r e f i v et r i m m i n gp a d so nt h ec h i pf o rt h ef i n ea d j u s t m e n to ft h ec e n t r a l f r e q u e n c y t h i sc h i pi n c l u d e sn e c e s s a r ys i g n a lp r o c e s s i n gm o d u l e s t h e y c a nb eu s e dt od e t e c tt h es i g n a lo fp h o t o c u r r e n t ，t oa m p l i f ya n df i l t e r t h es i g n a l ，t od e m o d u l a t ea n dt h e nr e c o v e rt h eu s a b l es i g n a l b a s e do nt h ec m o st e c h n o l o g yt h ed e s i g no ft h ec h i pi sc o m p l e t e d ， i n c l u d i n gt h es i m u l a t i o na n dl a y o u ti nt o o l so fc a d e n c e a n dt a n n e r a0 5 u m m i x e ds i g n a lc m o sp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yw i t hd o u b l ew e l l si su s e df o rt h e l a y o u t t h ec o m p l e t e dd e s i g nh a sb e e nt r a n s f e r r e dt o t h em p w ( m u lti p r o j e c tw a f e r ) p r o j e c to fs h a n g h u ac o r p o r a tio n k e y w o r d s ： i n f r a r e dr e m o t ec o n t r o l i rp h o t o d io d e f r e q u e n c yo f c a r r yw a v e d i g i t a l a n a l o gm i xs i g n a lc i r c u i t c m o s 4 贵州大学硕士学位论文 附：学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期：2q q 盛左旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蛳师签名： 6 2 日期：! q q 坌生月 贵州大学硕士学位论文 第一章概论 1 1 红外技术的发展历史1 2 1 1 阳 红外光又称红外辐射或红外线，它是一种人眼不可见的光波，是由物质内部 的分子、原子的运动所产生的电磁辐射，是电磁频谱的一部分，其波段介于可见 光和微波波段之间( 0 7 6 ，- - - 1 0 0 0 微米) 。通常按波长把红外光谱分成4 个波段： 近红外( 0 7 6 一- 3 微米) 、中红外( 3 6 微米) 、中远红外( 6 2 0 微米) 和远红 外( 2 0 1 0 0 0 微米) 。自然界中的一切物体，只要它的温度高于绝对零度就存在 分子和原子无规则的运动，其表面就会不断地辐射红外线，温度越高辐射红外线 的强度也越大。自从1 8 0 0 年英国天文学家f w h e r s c h e l 发现红外辐射至今， 红外技术发展经历了两个多世纪。从那时起，红外辐射和红外元件、部件的科学 研究逐步发展，但发展速度比较缓慢，直到1 9 4 0 年前后才真正出现现代红外技 术。当时，德国研制成硫化铅和几种红外透射材料，利用这些元件制成了一些军 用红外系统。 红外技术发展的先导是红外探测器。1 8 0 0 年f w h e r s c h e l 发现红外辐射 时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。1 8 3 0 年以后，相继 研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1 9 4 0 年以前，研制成的红外 探测器主要都是热敏探测器。1 9 世纪，科学家们使用热敏型红外探测器认识了 红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有同样的物理性质，遵守相 同的规律。它们是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们 的参数并可以测量。2 0 世纪初，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发 射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。2 0 世纪3 0 年代，首次出 现红外光谱以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。4 0 年代初，光电型 红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构 牢靠。5 0 年代，半导体物理学、量子力学等学科的迅速发展，许多可用于红外 探测的物理现象和效应，使光电型红外探测器得到新的推动。到6 0 年初期，对 于1 3 、3 5 和8 1 3 微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。 在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展， 5 贵州大学硕士学位论文 使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。 在红外技术的发展中，需要特别指出的是：6 0 年代激光的出现极大地影响 了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子 技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的 分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外光，外差 接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高出好几个数量级。另外，由于 这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向 更先进的方向发展。 红外技术的优点： 环境适应性好，在夜间和恶劣天气下的工作能力优于可见光； 隐蔽性好，不易被干扰； 由于是靠目标和背景之间、目标各部分之间的温度形成的红外辐射差进 行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光： 红外系统的体积小，重量轻，功耗低； 成本低、速度快，而且带宽几乎不受限制。 1 2 红外通讯技术简介b 儿咖 红外通讯技术利用红外线来传递数据，是无线通讯技术的一种红外通讯技 术不需要实体连线，简单易用且实现成本较低，因而广泛应用于小型移动设备互 换数据和电器设备的控制中，例如笔记本电脑、p d a 、移动电话之间或与电脑之 间进行数据交换，电视机、空调、v c d 的遥控等。 红外通讯技术一般采用红外光波段内的近红外线，波长在0 7 5 u m 至2 5 u m 之间。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力较差，所以红外通讯技术更 适合应用在短距离无线通讯的场合。目前，红外通讯主要应用于数据通信和遥控 这两方面。数据的红外通信具有数据传输量大，传输速率高等特点，但距离较近， 至多可达到1 m ；红外遥控所需传输的数据量较小，一般仅为几个至几十个字节 的控制码，传输距离相对较远( 小于1 0 米) 。 由于红外线的直射特性，红外通讯技术不适合传输障碍较多的地方，因此红 外通讯技术多数情况下传输距离短、传输速率不高。为解决多种设备之间的互连 6 贵州大学硕士学位论文 互通问题，1 9 9 3 年成立了红外数据协会( i r d a ，i n f r a r e dd a t aa s s o c i a t i o n ) 以建立统一的红外数据通讯标准。 1 3 遥控技术的发展与现状 到底是谁发明了第一个遥控器已无可考证了。但最早的遥控器之一，是一个 叫尼古拉特斯拉( n i k o l at e s l a ) ( 1 8 5 6 1 9 4 3 ) 的发明家( 他曾经为爱迪生工 作，同样被誉为天才发明家) 在1 8 9 8 年时开发出来的( 美国专利6 1 3 8 0 9 号) ， 叫做“m e t h o do fa n da p p a r a t u sf o rc o n t r o l l i n gm e c h a n i s mo fm o v i n gv e h i c l e o rv e h i c l e s ”。 到了60 年代初，一些发达国家开始研究民用产品的遥控技术，但由于受当 时技术条件的限制，遥控技术发展很缓慢。70 年代末，随着大规模集成电路和 计算机技术的发展，遥控技术才得到快速发展。在遥控方式上大体经历了从有线 到无线的超声波、从振动子到红外线、再到使用总线的微机红外遥控这样几个阶 段。无论采用何种方式，准确无误地传输信号，最终达到满意的控制效果是非常 重要的。最初的无线遥控装置采用的是电磁波传输信号，由于电磁波容易产生干 扰，也易受干扰，因此逐渐采用超声波和红外线媒介来传输信号。与红外线相比， 超声传感器频带窄，所能携带的信息量少，易受干扰而引起误动作。较为理想的 是光控方式，采用红外线的遥控方式逐渐取代了超声波遥控方式，出现了红外线 多功能遥控器，并且成为当今时代的主流。 由于红外线在频谱上位于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传 播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。信息可以直接对红外 光进行调制传输，例如，信息直接调制红外光的强弱进行传输，也可以用红外线 产生一定频率的载波，再用信息对载波进调制，接收端再去掉载波，取到信息。 从信息的可靠传输来说，后一种方法更好，这就是目前大多数红外遥控器所采用 的方法。 红外遥控技术在这十年来得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了 广泛应用。随着生活水平的提高，人们对产品的追求是使用更方便、更具智能化， 红外遥控技术正是一个重点的发展方向。 7 贵州大学硕士学位论文 1 4 市场前景及研究意义n 明瞳3 1 红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式，在车载影音导航系统也被 广泛的应用。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备。由于其 无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干 扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作； 编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电 路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在家用电器、近距离( 小于1 0 米) 遥控中得到了广泛的应用。 自2 0 0 5 年起，台湾与中国大陆遥控设备产量约占全球总产量的8 0 ，且受 海外市场对家用自动化与娱乐应用产品需求的快速增长的刺激，其出口总值仍在 上升。近年来，随着遥控制造产业的不断成熟，遥控器市场竞争十分激烈，遥控 器的价格也出现下滑趋势，但高端产品的价格上升势头较好，因此，在未来一两 年内，国内供应商主要生产中低端红外产品，而技术较强的台湾同行则将把重点 集中在高端红外线或转向射频遥控器。由于国内及香港供应商可提供多种规格的 红外线遥控器，而台湾制造商则转向采用更新的技术，因此，中国制造商可为海 外买家提供各种规格的遥控器。 除了国外市场，国内自身的需求量也十分巨大。就拿福建省来说，福建是国 内的电子大省之一，厦华、厦新、万利达和灿坤等电子厂商对红外遥控设备需求 量十分巨大，而省内主要的红外遥控设备厂商是厦门华联，其每年对红外遥控芯 片的需求量在两千万以上，如果能研制出一款同等类型的芯片，不但能带来可观 的利润，更能完善红外遥控设备的相关产业链，促进整个行业的发展。 贵州大学硕士学位论文 第二章红外遥控系统 2 1 红外遥控系统结构 红外遥控系统主要分为发射和接收两部分，如图2 - 1 所示： 2 1 1 发射系统 图2 - 1 目前有很多种芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。 由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都设计成 可以处于休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗 芯片所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体， 一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣器准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可 以忽略不计h 3 。 红外线通过红外发光二极管发射出去，红外发光二极管是特殊的发光二极 管，其内部材料和普通发光二极管不同，因而在其两端施加一定电压时，它发出 的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 9 4 0 n m 左右，外形与普通妒5 发光二极管相同。 a 简单驱动电路b 射极输出驱动电路 图2 2 9 贵州大学硕士学位论文 如图2 2 是红外发光二极管的驱动电路，a 图是最简单的驱动电路，选用元 件时要注意三极管的开关速度要快，还要考虑到红外发光二极管的正向电流和反 向漏电流，一般流过红外发光二极管的最大正向电流为l o o m a ，电流越大，其发 射的波形强度越大。 a 图电路有一点缺陷，当电池电压下降时，流过红外发光二极管的电流会降 低，发射波形强度降低，遥控距离就会变小。b 图所示的射极输出驱动电路可以 解决这个问题，两个二极管把三级管基极电压钳位在1 - 2 v 左右，因此三级管发 射极电压固定在0 6 v 左右，发射极电流i e 基本不变，根据i e , i c ，所以流过l e d 的电流也基本不变，这样即使电池电压有所下降，仍然可以保证一定的遥控 距离。 2 1 2 接收系统 移桫 a t a p l f f l e t 图2 3 红外信号接收系统的基本电路结构如图2 - 3 所示，该电路包括红外光电二 极管，前置放大电路，限幅放大电路，带通滤波器，积分电路，比较器等。图左 侧的红外光电二极管将接收到的红外光信号转化为电信号，然后把信号送到放大 电路进行放大，限幅放大电路在放大信号的同时又把脉冲幅度控制在一定的水 平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤 波器滤除中心频率外频率的噪声，出来的信号通过解调电路和积分电路进入比较 器，比较器输出高低电平，还原出发射端的二进制信号波形哺1 。 以上电路通常被集成在一个元件中，成为一体化红外接收头，如图2 4 所示： i o 贵州大学硕士学位论文 图2 4 红外接收头的种类很多，引脚定义也不相同，一般都有三个引脚，包括供电 脚，接地和信号输出脚，也有些红外接收头添加了可以调节解调频率的端口。应 用时必须保证发射端调制载波的频率与接收端相应的解调频率之间互相匹配。 2 红外信号的调制 通常为了提高抗干扰性能，红外遥控系统发射数据时会对要发送的二迸制编 码信号进行调制，把发射信号调制成一定频率的间断脉冲串，即把待发射的信号 和一定频率的载波进行“与 操作，这样也可以提高发射效率和降低电源功耗。 调制载波频率一般在3 0 k h z 到6 0 k h z 之间，大多数使用的是3 8 k h z ，占空比 1 3 的方波，如图2 - 5 所示，这是由发射端所使用的4 5 5 k h z 晶振决定的。在发 射端要对晶振频率进行整数倍分频，分频系数一般取1 2 ，所以4 5 5 k h z + 1 2 3 7 9 k h z 3 8 k h z 。也有一些遥控系统采用3 6 k h z 、4 0 k h z 、5 6 7 k h z 等，一般由发射端 晶振的振荡频率决定旧。 图2 5 2 3 红外信号的二进制编码嘲嘶1 现有的红外遥控信号都采用二进制编码，编码方式比较多，许多不同的厂商 都有自己的标准。下面介绍几种常见的红外信号编码方式。 贵州大学硕士学位论文 1 、i t t 编码 i t t 编码方式是i t t 公司最先使用的，是一种比较老的红外信号编码方式。 每位由一个脉冲组成，脉冲宽度为1 0 u s ，根据不同的脉冲间距实现高低电平， 如图2 - 6 。 ，o ” _v”f，-” 0 雌n r - 卜和1 黝s 图2 - 6 这种编码方式与其他编码方式有所不同，在发射过程中，它不需要对编码信 号进行调制，因此这种编码方式简单可靠且具有功耗低的特点，其缺点是抗干扰 性能差。在欧洲，很多厂商都使用过这种编码方式，如1 1 t r 、s c h a u b l o r e n z 、f i n l u x 、 s a l o r a 、o c e a n i c 等公司。 2 、脉冲位置编码( p p m 码) 脉冲位置编码方式采用相同的脉冲串宽度，但脉冲串之间的间距不同，所以 周期也不相同，也可以看作脉冲串的位置不同。n e c 公司和s h a r p 公司的产品主 要采用这种编码方式，只是脉冲宽度和周期等参数不同，图2 - 7 中a 图为n e c 公司所使用的二进制编码，其中逻辑1 发射周期为2 2 5 m s ，逻辑0 发射周期为 1 1 2 m s ，脉冲串宽度为5 6 0 u s ；图2 - 7 中b 图为s h a r p 公司所使用的二进制编码， 逻辑l 发射周期为2 m s ，逻辑0 发射周期为l m s ，脉冲串宽度为3 2 0 u s 。 。一：一一。 。i 。一一一。 。l - o y w l 7 、 ；亡u w r - g 4 - 5 6 0 坶棚5 6 断蹲娜+ 一 o ，0 置一。一 1 贵州大学硕士学位论文 - - 一o 一l h lj i 一一一一- u a = t 4 l l u 争a i l r1 广iu 辨翻u r ； 3 2 0 m i洳 3 2 0 m j j 一 l j 一 l b 图2 - 7 3 、脉冲宽度编码( p w m 码) 脉冲宽度编码方式通过统一脉冲串之间的间距，根据脉冲串宽度的不同来区 分高低电平。s o n y 公司就采用这种编码方式，如图2 8 所示，逻辑1 的脉冲串 宽度为1 2 m s ，逻辑0 的脉冲串宽度为0 6 m s ，脉冲串之间的间距为0 6 m s 。这种 编码方式同样需要将编码信号进行调制后发送，以降低功耗并增大传输距离。 q 净c 埔碉u r i 一 c 广、一 kjc f v k “c n r l k ， j 1 一 。 l o g i c - 0 a + 一9 悔l 卜9 吨 i 贵州大学硕士学位论文 l o g i c 。1 埘 b 图2 9 2 4 红外遥控系统的指令结构嘞蚓 l o g i c “o 。 和红外信号的编码方式一样，红外遥控系统的指令结构也是多种多样，较大 的红外遥控产品生产商都有自己的指令结构。通常由三部分组成，即引导码、地 址信息、指令信息引导码可能出现在指令前端，也可能出现在末端，有的甚至 前后都有，有些指令还加有一些扩展功能码。 下面介绍一些主流公司的指令结构： l 、i t r 公司的指令结构 i t t 公司的指令有1 3 位，由1 3 个不同间距的脉冲组成，其中4 位地址信息， 6 位指令信息，1 位预备脉冲，1 位初始脉冲和l 位结束脉冲，如图2 1 0 。 图2 - 1 0 2 、n e c 公司的指令结构 图2 一1 1 为n e c 公司的指令结构图，图左端是一个周期为1 3 5 m s ，占空比 为2 3 的引导码，8 位地址信息和8 位指令信息都以正、反码各发送一遍，以减 小误码率。当然，在某些应用中，用户也可将其扩展为1 6 位地址信息和1 6 位指 令信息。 1 4 贵州大学硕士学位论文 图2 - 1 1 当遥控器的按键持续按住时，为了减少功耗，指令指被发送一次，通过生成 一个重复码来代替重复指令，如图2 1 2 中a 所示，这样可以简化指令，同时也 可以降低功耗。图2 1 2 中b 为持续按键状态下生成的重复指令结构。 a r e p e a tr e p e a t b 图2 - 1 2 3 、s o n y 公司的指令结构 s o n y 公司的指令有1 3 位( 也有部分产品是1 5 位和2 0 位的) ，其中5 位地 址信息，7 位指令信息，引导码周期为3 0 m s ，占空比为4 5 ，如图2 1 3 所示。 2 4 撇一 1 1。o1oo1oooo 图2 - 1 3 4 、s h a r p 公司的指令结构 如图2 1 4 ，s h a r p 公司的指令由5 位地址信息，8 位指令信息，l 位的扩展 功能码和引导码组成。 1 5 贵州大学硕士学位论文 - 1 。1 。- 0 - v _ 0 i。1 。v 。0 - v- 1 。可f 。旷1 1 。叮 l-_ _ _ _i_ _ _ il l l s bm s 8 乳s b m s b 1 l 。 舳。 。i r 一。一 。c lr j 图2 - 1 4 在发送过程中，同一条指令被发送两次，发送间隔4 0 m s ，第二次发送的指 令除地址信息与第一次发送的指令相同外，其余全部取反码，如图2 一1 5 。这样 做可以大大减低误码率。 k 瞄l n v e t e d 图2 - 1 5 1 6 贵州大学硕士学位论文 第三章电路的分析与设计 3 1 电路整体功能及结构 本文设计的红外遥控接收芯片是一款数模混合电路，由基准源、前置放大器、 i v 转换电路、自动增益控制( a g c ) 放大器、限幅放大器、带通滤波器、比较 电路、增益控制电路、积分电路和波形整形电路组成，如图3 1 所示。 图3 - 1 电路工作时，图3 1 左侧的i v 转换模块将红外光电二极管检测到的光电流 转换为电压信号，此信号经过前置放大器、可变增益放大器和限幅放大器放大后 进入带通滤波器，去除中心频率以外的噪声，再通过比较器、积分器滤除载波， 解调后的波形经过施密特触发器整形后还原出发射端发射的信号。 该芯片的功能特点如下： 宽电源电压2 7 v 一一5 5 v 无需外围元器件 可以通过两个引脚选择4 种不同的载波频率 对外部光源有较强的抗干扰能力 灵敏度高 输出低电平有效 1 7 贵州大学硕士学位论文 3 2 基准源电路 模拟电路中广泛地使用了电压和电流基准源。作为基准，它们的直流参数必 须对电源和工艺参数表现出非常小的依赖特性。本文采用的是恒跨导源电路2 5 1 ， 图3 2 给出的是恒跨导源的原理图。其中， l = 2 + 1 0 2 r s 图3 - 2 n 即： 三磊+ y m = 、e 磊+ 矿删：+ ，。r s 忽略体效应可得： ( 卜面1 ) = j 删b 乙2 鬲历2 两可1 ( 1 一去) 2 ( 3 枷 由式3 - 1 可以看出，电流与电源电压无关。 图3 - 2 中m o s 器件的沟道长度调制仍会导致显著的电源依赖性，所以在实际 电路设计中采用共源共栅结构，并加入启动电路，如图3 - 3 ： 1 8 贵州大学硕士学位论文 图3 3 n 2 、n 3 、n 4 、n 5 、p 1 0 、p 1 9 、p 2 8 和p 2 9 八个管子组成共源共栅恒跨导源 电路，n 1 3 、n 1 4 、n 1 5 和p 3 8 为启动电路。启动电路的设计以不影响偏压电路 的正常工作和低的消耗功率为原则，启动电流通过n 1 3 、n 1 4 管注入，以产生 p 1 9 和p 2 9 管的漏电流。其中p 3 8 的w l 非常小，因此流过p 3 8 和n 1 5 的电流 很小，消耗的功率也小。 共源共栅结构具有屏蔽特性2 引，共源共栅电流源与普通电流源结构相比， 电流失配小，能屏蔽电压变化对电流的影响，所以在一定的电压范围内，基准电 流几乎不变。图3 4 为基准源电路的直流扫描波形，从图中可以看出，在2 6 - 5 5 伏的范围内，基准电流的变化量小于0 5 u a 。 1 9 贵州大学硕士学位论文 l ：貉毪 3 5 0 n 3 。o o a 2 o 址 2 o o t t 毛5 0 n 量l | 。5 0 镰 ，8 ：s o 墟 r 3 3i v 转换电路 图3 4 空问传输的红外调幅光一般在l o o m w 以下，而且随着传输距离的增加呈衰 减趋势。因此红外遥控接收芯片需要具有较高灵敏度，能够检测较广范围内的弱 输入电流。同时，红外调幅光在传输过程中不可避免存在着背景光噪声的干扰， 如太阳光、日光灯和白炽灯等。这些干扰光光谱较宽，经由光检测器件转为直流 电流输入芯片。背景光越强，对应的光生直流就越大，而过大的输入电流会造成 芯片中放大器饱和而不能正常工作，所以红外接收芯片还要求避免大电流输入所 造成的饱和失真。 i v 转换电路通过电阻将红外产生的光电流转换为电压，再由前置放大器对 电压进行放大。由于红外光电二极管的光生电流较弱，最小的仅数皮安( p a ) ， 最大的也仅数百微安( u a ) 左右，要达到高灵敏度的设计要求，需要很大的电阻， 而大电阻会占据相当大的面积，分布电容也非常大。在实际应用中，从工程实现 及成本等因素考虑，通用的红外接收头检测光电流的范围只有几十纳安到几百微 安的，这个电阻只需l o o kq 就可达到l m v n a 的灵敏度，l o o kq 的电阻值在c m o s 工艺中可以轻易实现。不过在背静光较强的环境中，入射光生电流较大，将导致 输出电压骤增，放大器的输出极易出现饱和失真。显然在输入电流范围较广的情 况下，这种通过固定电阻来实现i v 转换的方法是不可行的。 因此需要构造一种变阻结构来替代定值电阻1 ：它能够在大电流时呈现较 小的电阻值，以避免放大器出现饱和失真：同时，在小电流时呈现较大的电阻值， 以保证光检测的灵敏度。此结构如图3 5 所示，图中r i r 2 r 3 。 2 0 贵州大学硕士学位论文 r 3 r 2 r l 图3 5 当i d r 3 1 时，n 1 管导