[发明专利]红外接收电路输入结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外接收电路输入结构，尤其涉及应用于强光环境下的红外接收电路输入结构。

背景技术

目前，低频的红外接收电路应用于各个领域，如家电，玩具等。

在室内应用的情况下，影响红外接收电路接收灵敏度的光干扰主要来自荧光灯、白炽灯、阳光等。一个100W的白炽灯，距离光敏二极管10cm时，可以产生100uA以上的电流，距离延长至1m时，只能产生2～3uA的电流。一个9W的荧光灯距离光敏二极管1cm时，也仅能产生0.1uA的电流。在室内，阳光的红外线部分也很小，在光敏二极管上产生的电流小于10nA。因此，一般的红外接收电路在设计时，并不考虑强光干扰环境下的应用。

图1为一般的红外接收电路输入结构。

如图1所示，其电路连接关系为：NMOS管N1的漏端接电压VDD、栅端接电压VREF1、源端接电源NET1、衬底接地；NMOS管N2的漏端接电压VDD、栅端接结点NET1、源端接结点NET2、衬底接地；电阻R1_1一端接电压VREF1，一端接结点NET1；电阻R1_2一端接结点NET1，一端接结点NET2；电阻R1_3一端接结点NET2，一端接电压V1_1；光敏二极管的一端接电压V1_1，一端接地；电压VREF1和电压V1_1分别连接电容C1、电容C2；电容C1、电容C2的分别连接到差分运放X1的同向输入端、反相输入端。

其中，电流I1表示流经电阻R1_1的电流，电流I2表示流经电阻R1_2的电流，电流Ip表示流经电阻R1_3的电流。电阻值：电阻R1_1＞＞电阻R1_2＞＞电阻R1_3。

图2为光敏二极管的等效电路图。

如图2所示，其电路连接关系为：电源的负端连接到理想二极管D1的正端、辐射光激发形成的理想电流源ISRC、暗电流源IL、结电容CPD、寄生的并联电阻RPD的一端；寄生的串联电容RS的一端连接到电源的正端；结点N1连接到寄生的串联电阻RS的另一端、理想二极管D1的负端、辐射光激发形成的理想电流源ISRC、暗电流源IL、结电容CPD、寄生的并联电阻RPD的另一端。

当电源正端电压大于电源负端电压，即理想二极管D1的反相电压大于0V时，光敏二极管可以正常工作。

红外接收电路中需要光敏二极管工作在光致电导(反偏置)模式下以保证红外接收头具有较快的响应速度，因此需要为光敏二极管设置反向工作电压。反向偏置电压越高，响应速度虽然会提高，但是暗电流也越大，降低了光敏二极管的灵敏度。一般光敏二极管的反向工作电压设置在几百毫伏至两伏之间。

一般的红外接收电路的输入结构中，光敏二极管将接收到的红外光信号转换为电流信号，经过限流以后，通过I-V转换电路形成电压信号差分输入电路。

如图1所示，在输入红外信号较小的情况下，I1＝I2＝Ip。差分运放X1的差分输入电压为Ip*(R1_1+R1_2+R1_3)；随着输入红外光的强度的增加，输入电流I1＝Ip不断增加，当I1*R1_1大于NMOS管N1的开启电压时，NMOS管N1开启，从而改变负载电阻网络，减小了输入电流；当输入红外信号的强度继续增加，当I2(Ip)*R1_2大于NMOS管N2的开启电压后，NMOS管N2启，进一步减小输入电阻；当输入的红外信号过强时，NMOS管N1和NMOS管N2的电流趋于饱和，电压V1_1下降，即光敏二极管的反相工作电压下降，影响光敏二极管光电转换的性能；当电压V1_1下降过大时，甚至可能使光敏二极管正向导通，从而无法正常接收红外信号。

综上，一般的红外电路输入结构的设置有两点限制：

1)光敏二极管的反相工作电压设置在几百毫伏至两伏之间。红外接收中需要光敏二极管工作在光致电导(反偏置)模式下以保证红外接收头具有较快的响应速度，因此需要为光敏二极管设置反向工作电压。光敏二极管的反向工作电压不能太高，反向偏置电压越高，响应速度虽然会提高，但是暗电流也越大，会降低了光敏二极管的灵敏度。

2)I-V转换电路中电阻约为200k左右。阻值过大的电阻会大大增加芯片面积，同时也会引入很大的分布电容和热噪声。并且会导致光电二极管的带宽过小，甚至低于红外载波频率。结合实际所需带宽(38kHz左右)以及光致电导模式下光敏二极管的电容，可以确定此电阻的最大阻值在200k左右。

由于存在这两点限制，当输入红外光信号过于强烈时，输入结构趋于饱和，出现饱和失真，无法正常的输入差分电压信号。

所以，当一般的红外接收电路应用于强光干扰的环境下时，电路的灵敏度会大幅下降，接收距离大为缩短，甚至无法正常工作。

发明内容