項(xiàng)目聯(lián)系人：丁蕾  18681182777

單位：寧波群芯微電子有限責(zé)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(dòng)的半導(dǎo)體元器件，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、通訊、工業(yè)控制、電力等領(lǐng)域，我國(guó)每年光耦需求量在200億只以上，而國(guó)內(nèi)企業(yè)僅在低端市場(chǎng)占有一定份額，中高端市場(chǎng)基本被歐美日及中國(guó)臺(tái)灣廠商所占領(lǐng)。

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(duì)其進(jìn)行保護(hù)。隔離放大器能快速感應(yīng)錯(cuò)誤情況，提供微控制器算法，避免錯(cuò)誤情況造成IGBT故障；另外，其光學(xué)隔離也可以避免錯(cuò)誤情況造成微控制器過(guò)載而引發(fā)故障。然而目前隔離放大器主要被美國(guó)博通公司所壟斷。

為此，亟需通過(guò)技術(shù)攻關(guān)把高速光電耦合器的設(shè)計(jì)技術(shù)和高速ADC技術(shù)結(jié)合起來(lái)，研發(fā)國(guó)產(chǎn)隔離放大器，以滿足工業(yè)控制動(dòng)力設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用集成電路元器件的供應(yīng)鏈需求。

項(xiàng)目介紹

工作原理：差分輸入電壓通過(guò)sigma-delta高精度ADC進(jìn)行數(shù)字化編碼后送給高速紅外發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)紅外LED芯片發(fā)光和不發(fā)光，并通過(guò)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(fù)成模擬電壓信號(hào)，通過(guò)專用模擬低通濾波器輸出差分高精度模擬信號(hào)，并將其高精度放大8倍。國(guó)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(gè)部分組成。

總體設(shè)計(jì)：

（1）組成設(shè)計(jì)：光耦包含紅外LED芯片、LED驅(qū)動(dòng)芯片和光敏集成電路芯片三個(gè)芯片；其中紅外LED芯片采用外購(gòu)方式，LED驅(qū)動(dòng)芯片和光敏集成電路芯片需要設(shè)計(jì)和流片。

（2）根據(jù)光耦產(chǎn)品的基本設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)，研究LED驅(qū)動(dòng)芯片和光敏集成電路芯片架構(gòu)，制定二者總體設(shè)計(jì)方案，細(xì)化分解各功能塊的具體設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行芯片級(jí)的電路設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì)。

（3）開展CMOS集成電路工藝研究，確定芯片流片試驗(yàn)的工藝條件并進(jìn)行試驗(yàn)；根據(jù)LED驅(qū)動(dòng)和光敏芯片性能的測(cè)試結(jié)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(xiàng)目要求的芯片。

（4）光耦產(chǎn)品制備

a.研究封裝工藝，通過(guò)對(duì)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(duì)封測(cè)要求的分析，研發(fā)專用封裝、檢測(cè)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(jié)構(gòu)與專門研發(fā)的多芯片封裝工藝整合為一體，實(shí)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(dòng)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(xiàng)規(guī)定及控制參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試方法，建立產(chǎn)品光電參數(shù)的測(cè)試手段，完成批量測(cè)試工作。

項(xiàng)目研制目標(biāo)及預(yù)期成果

項(xiàng)目通過(guò)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先50 MHz高速光電耦合器的設(shè)計(jì)技術(shù)和高速ADC技術(shù)，將高速光電耦合器的技術(shù)和高速ADC技術(shù)組合成一個(gè)隔離放大器，制定研制目標(biāo)為國(guó)產(chǎn)QX7840光電耦合模擬隔離放大器，替代美國(guó)博通公司的光電耦合模擬隔離放大器產(chǎn)品HCPL-7840。項(xiàng)目完成后，申請(qǐng)專利（軟件著作權(quán)）12項(xiàng)以上，其中，發(fā)明專利6項(xiàng)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(jìng)爭(zhēng)力以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率。

QX7840主要性能達(dá)到：集成Σ?ADC、編碼及高速LED驅(qū)動(dòng)芯片；集成高速光敏信號(hào)檢測(cè)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(shè)計(jì)；高線性的差分輸出電壓；光耦高瞬態(tài)共模抑制技術(shù)。

QX7840主要技術(shù)指標(biāo)實(shí)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。