一种光电TIA电路中的大电流保护电路的制作方法

本发明涉及保护电路，特别涉及一种光电tia电路中的大电流保护电路。

背景技术：

1、在很多的电路中都涉及到大电流的保护问题，通常的做法是用一个放大器来检测电流值，然后使用比较器将检测值与设定值进行比较，用比较器的输出来控制电流通路。这种方法通常都是都是用于低速电路，或者用昂贵的分立器件来实现。

2、现在激光雷达广泛用于测距或者自动驾驶方面，其基本电路如图1所示，图1中的虚线框图是apd（avalanche photo diode，光电雪崩二极管）的等效电路图，一个电流源和一个电容并联，这个电流源是通过光照在雪崩二极管上产生的，是一个动态的电流源；后面接一个tia电路，tia电路中的电阻rf将电流转换为电压便于后面的信号处理。

3、在高增益的tia电路中，这个电阻rf通常要5k甚至更大，检测的信号电流是ua级别的很小电流。在很多应用中因为各种原因，电压vdd只有3.3v，因此电流不到1ma就能使信号饱和。不幸的是apd在某些情况下会产生达到3a的电流，显然基本tia电路没有办法处理这么大的电流，如果没有大电流保护电路，tia电路将被破坏。

4、有3种情况导致这种大电流保护电路设计比较困难：一是电流大且变化的速度特别快，图2是一种典型的大电流模型，从图2中可以看出电流在2ns的时间内从0变化到3a；二是在应用中不允许apd和tia电路之间插入开关，因为光信号的处理极其快速和频繁；三是有些应用中out的饱和电压不是vdd，而是某一个中间值，例如1.75v。以上三个要求使得apd应用中的tia电路的大电流保护电路实现方案非常困难，几乎都是独门秘籍。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光电tia电路中的大电流保护电路，以解决背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种光电tia电路中的大电流保护电路，包括发光二极管、运放amp、三极管q0、转换电阻rf、补偿电容cf、施密特反相器和mos管；

3、所述发光二极管的接口连接运放amp的负端，两者的连接点为apd点，所述运放amp的正端连接参考电压vref；

4、所述三极管q0的基极接到地，集电极接到电源vdd，发射极接到apd点；

5、所述转换电阻rf和所述补偿电容cf分别并联在运放amp的输出点out和apd点之间；

6、所述mos管的源端接到运放amp的输出点out，漏端接到apd点；

7、所述施密特反相器的输出端接到所述mos管的栅端，所述施密特反相器的输入端接到所述运放amp的输出点out。

8、在一种实施方式中，所述发光二极管包括电流源i6和电容c3，所述电流源i6和电容c3并联；所述电流源i6的输出端接地。

9、在一种实施方式中，所述发光二极管产生的电流i6非常大时，所述运放amp本身不能提供大电流，此时所述apd点产生很大的负压从而损坏电路；所述三极管q0提供一个从电源vdd到apd点的大电流通路，以补偿i6的大电流，避免apd点过大的负压而损坏tia电路。

10、在一种实施方式中，所述mos管为pmos管。

11、在一种实施方式中，所述施密特反相器将所述运放amp的输出点out的饱和电压从vdd降到一个低于vdd的电压。

12、在一种实施方式中，所述三极管q0为大尺寸npn三极管。

13、本发明提供的一种光电tia电路中的大电流保护电路，具有以下有益效果：

14、（1）npn三极管基极接地，发射极接到apd点；该结构十分简洁，而且反应速度非常快，可以应对瞬态大电流的情形，同时可以直接集成在cmos工艺中，节省成本和提高可靠性，特别适合对于速度要求极高的场景；

15、（2）施密特反相器和pmos管控制电路，施密特反相器非常陡峭的转折电压和极高的速度可以应对精细的信号处理和高处理的要求；而pmos管关断下的无电流避免了三极管器件的电流带来的误差，可以保证小信号下的精确处理。

技术特征：

1.一种光电tia电路中的大电流保护电路，其特征在于，包括发光二极管、运放amp、三极管q0、转换电阻rf、补偿电容cf、施密特反相器和mos管；

2.如权利要求1所述的光电tia电路中的大电流保护电路，其特征在于，所述发光二极管包括电流源i6和电容c3，所述电流源i6和电容c3并联；所述电流源i6的输出端接地。

3.如权利要求2所述的光电tia电路中的大电流保护电路，其特征在于，所述发光二极管产生的电流i6非常大时，所述运放amp本身不能提供大电流，此时所述apd点产生很大的负压从而损坏电路；所述三极管q0提供一个从电源vdd到apd点的大电流通路，以补偿i6的大电流，避免apd点过大的负压而损坏tia电路。

4.如权利要求1所述的光电tia电路中的大电流保护电路，其特征在于，所述mos管为pmos管。

5.如权利要求3所述的光电tia电路中的大电流保护电路，其特征在于，所述施密特反相器将所述运放amp的输出点out的饱和电压从vdd降到一个低于vdd的电压。

6.如权利要求1所述的光电tia电路中的大电流保护电路，其特征在于，所述三极管q0为大尺寸npn三极管。

技术总结
本发明公开一种光电TIA电路中的大电流保护电路，属于保护电路领域，包括发光二极管、运放AMP、三极管Q0、转换电阻RF、补偿电容CF、施密特反相器和MOS管。NPN三极管基极接地，发射极接到APD点；该结构十分简洁，而且反应速度非常快，可以应对瞬态大电流的情形，同时可以直接集成在CMOS工艺中，节省成本和提高可靠性，特别适合对于速度要求极高的场景；施密特反相器和PMOS管控制电路，施密特反相器非常陡峭的转折电压和极高的速度可以应对精细的信号处理和高处理的要求；而PMOS管关断下的无电流避免了三极管器件的电流带来的误差，可以保证小信号下的精确处理。

技术研发人员：曾令刚,陈博宇,李晓慧
受保护的技术使用者：上海昇贻半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17