項目聯(lián)系人：丁蕾  18681182777

單位：寧波群芯微電子有限責任公司

研究背景及意義

光電耦合器是一種用于安全隔離和功率驅(qū)動的半導體元器件，廣泛應用于消費電子、通訊、工業(yè)控制、電力等領域，我國每年光耦需求量在200億只以上，而國內(nèi)企業(yè)僅在低端市場占有一定份額，中高端市場基本被歐美日及中國臺灣廠商所占領。

絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是工業(yè)控制變頻器和逆變器中最昂貴的器件，須盡可能對其進行保護。隔離放大器能快速感應錯誤情況，提供微控制器算法，避免錯誤情況造成IGBT故障；另外，其光學隔離也可以避免錯誤情況造成微控制器過載而引發(fā)故障。然而目前隔離放大器主要被美國博通公司所壟斷。

為此，亟需通過技術攻關把高速光電耦合器的設計技術和高速ADC技術結合起來，研發(fā)國產(chǎn)隔離放大器，以滿足工業(yè)控制動力設備驅(qū)動系統(tǒng)用集成電路元器件的供應鏈需求。

項目介紹

工作原理：差分輸入電壓通過sigma-delta高精度ADC進行數(shù)字化編碼后送給高速紅外發(fā)光二極管驅(qū)動器，驅(qū)動紅外LED芯片發(fā)光和不發(fā)光，并通過隔離屏障送到光敏接收器，利用解碼器和DAC把數(shù)據(jù)恢復成模擬電壓信號，通過專用模擬低通濾波器輸出差分高精度模擬信號，并將其高精度放大8倍。國產(chǎn)隔離放大器產(chǎn)品內(nèi)部由輸入芯片、紅外發(fā)光二極管、光敏芯片三個部分組成。

總體設計：

（1）組成設計：光耦包含紅外LED芯片、LED驅(qū)動芯片和光敏集成電路芯片三個芯片；其中紅外LED芯片采用外購方式，LED驅(qū)動芯片和光敏集成電路芯片需要設計和流片。

（2）根據(jù)光耦產(chǎn)品的基本設計輸入?yún)?shù)，研究LED驅(qū)動芯片和光敏集成電路芯片架構，制定二者總體設計方案，細化分解各功能塊的具體設計參數(shù)，進行芯片級的電路設計和版圖設計。

（3）開展CMOS集成電路工藝研究，確定芯片流片試驗的工藝條件并進行試驗；根據(jù)LED驅(qū)動和光敏芯片性能的測試結果，調(diào)整芯片流片工藝條件或修改芯片電路和版圖，最終獲得符合項目要求的芯片。

（4）光耦產(chǎn)品制備

a.研究封裝工藝，通過對光耦入出間紅外光的高效傳輸性以及光敏集成電路芯片對封測要求的分析，研發(fā)專用封裝、檢測生產(chǎn)線，將光敏集成電路芯片、高通量GaA?As LED紅外發(fā)光二極管，引線框架結構與專門研發(fā)的多芯片封裝工藝整合為一體，實現(xiàn)高壓高速大電流和VIORM 891V-2262V的工作絕緣電壓，DIP8/SMD8/SOP8/SSOP8/15 mm SSOP8等多種封裝形式的柵極驅(qū)動光電耦合器產(chǎn)業(yè)化。

b.分析光耦的光電性能，研究制定各項規(guī)定及控制參數(shù)的試驗測試方法，建立產(chǎn)品光電參數(shù)的測試手段，完成批量測試工作。

項目研制目標及預期成果

項目通過國內(nèi)領先50 MHz高速光電耦合器的設計技術和高速ADC技術，將高速光電耦合器的技術和高速ADC技術組合成一個隔離放大器，制定研制目標為國產(chǎn)QX7840光電耦合模擬隔離放大器，替代美國博通公司的光電耦合模擬隔離放大器產(chǎn)品HCPL-7840。項目完成后，申請專利（軟件著作權）12項以上，其中，發(fā)明專利6項以上。提升本企業(yè)在隔離放大器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面的競爭力以及國內(nèi)市場占有率。

QX7840主要性能達到：集成Σ?ADC、編碼及高速LED驅(qū)動芯片；集成高速光敏信號檢測及解碼混合集成電路芯片；多芯片DIP8/寬體SO8封裝的高可靠性設計；高線性的差分輸出電壓；光耦高瞬態(tài)共模抑制技術。

QX7840主要技術指標實現(xiàn)：

（1）輸入/輸出電源電壓VDD1/VDD2：4.5 V～5.5 V；

（2）輸入失調(diào)電壓VOS：-3.0～+3.0 mV；

（3）增益G：8.0 V/V；

（4）輸入電壓VIN+，VIN-：-200 mV～+200 mV；

（5）200 mV非線性NL200：0.4%；

（6）100 mV非線性NL100：0.2%；

（7）輸出共模電壓VOCM：2.5 V；

（8）工作溫度：-40～+85℃；

（9）共模抑制CMR：15 kV/μs。