[发明专利]一种包含内部缺陷的光耦低频噪声等效电路构建方法

说明书

技术领域

本发明提供一种包含内部缺陷的光耦低频噪声等效电路构建方法，它是一种能够反映光耦内部缺陷变化影响的低频噪声等效电路，其中涉及典型光耦的等效模型设计以及低频噪声测试电路设计。利用Pspice软件的噪声分析功能，对包含缺陷的光耦低频噪声等效电路进行输出噪声分析，同时观察缺陷变化对光耦电流传输比(CTR)及输出低频噪声的影响，将其结果与实际电路噪声输出结果进行比较，仿真结果与实际电路输出结果吻合良好。

背景技术

光耦是以光为媒介，用来传输电信号的器件。典型的光耦是由一个红外发光二级管与一个受光控制的光敏晶体管(常见为光敏三极管)封装在同一个管壳内的器件。由于具有体积小、寿命长、抗干扰性强等优点，光耦可以代替继电器、变压器、斩波器等用于隔离线路、开关电路、数模转化、长线传输、过流保护、线性放大等众多场合。

电流传输比(CTR)是光电耦合器的一个主要和重要参数之一，定义为输出电压为规定值时，输出电流与发光二极管正向电流之比，表示为：CTR＝I_C/I_F×100％。导致光耦性能退化的主要因素是电流传输比(CTR)的降低，而引起CTR降低的直接原因是材料中产生能够俘获载流子的陷阱数目增多，致使载流子数目减少。陷阱的来源主要包括材料本身存在的缺陷或杂质电学应力及环境等因素诱生的缺陷。最近的研究结果表明，光耦内部杂质、缺陷陷阱会引起器件低频1/f噪声和产生-复合噪声(G-R噪声)的增加，同时也会使器件发生参数衰竭及使用寿命缩短。因此，光耦的低频噪声是能够反映其可靠性的一个重要因素。

Pspice噪声分析模块可以针对电路中半导体的固有工作噪声作复杂计算，它的计算结果是所求节点相对于输入电源的等效噪声，即将整个电路中的噪声源都集中折算到选定的独立源处，然后计算在等效噪声源的激励下，所求节点处产生的噪声。噪声分析伴随AC分析进行，对交流分析的每一点，Pspice程序计算出电路的制定输出端的等效噪声，并对指定输入端计算等效输入噪声电平，且对输入/输出噪声电平相对于噪声带宽的平方根进行归一化。噪声电压 和电流的单位分别是和因此，可以通过Pspice软件对光耦噪声测试电路中指定节点处等效固有噪声进行仿真分析。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种包含内部缺陷的光耦低频噪声等效电路构建方法，它完善了典型光耦的低频噪声测试电路内部缺陷结构形式，通过仿真的形式，更直观定性地观察缺陷俘获载流子的过程以及缺陷的产生变化对光耦输出低频噪声、电流传输比的影响，为进一步开展光耦可靠性评估方法研究工作做铺垫。

2、技术方案：本发明一种包含内部缺陷的光耦低频噪声等效电路构建方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：建立光耦的Pspice等效模型。参照图1典型光耦的内部结构图，首先建立光耦的Pspice等效模型，如图2。其中，二极管D1代表光耦中的发光二极管即输入端，三极管Q1代表光耦中的光敏晶体管，该晶体管的集电极为光耦的输出端。受控电流源H、受控电压源G分别把电流转换成电压、把电压转换成电流，连通中间的电阻和电容构成一个通路，模拟光耦中的光电转换过程。

步骤二：确定光耦的Pspice等效模型参数。在确定了光耦的Pspice等效模型后，需要对等效模型内部各参数设置进行设置，包括对其中的二极管模型参数、三极管模型参数以及受控电流源H、受控电压源G的增益等进行合理设置。各参数的设置均参考实际光耦的测试情况(包括光耦内部发光二极管、光敏三极管等的参数测试情况)。本发明在进行Pspice建模时参考的是安捷伦(Angilent)公司生产的HCPL-2530型光耦的测试情况。等效电路中，二极管的参数是利用Angilent测试仪器通过测试电压-电流(U-I)曲线数据，再在Pspice的模型参数配置里进行回归得出。光敏部分有多个元件，三级管Q1的模型参考技术手册设置。本发明中二极管、三极管的模型参数如图8、图9所示。