用于光电传感器的集成电路
光电报警器电路设计
光电报警器电路设计光电报警器是一种利用光电传感器来检测光线变化并产生报警信号的电子设备。
它常用于安防系统、火灾报警系统等场合。
在设计光电报警器电路时，主要需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发等方面。
下面将详细介绍光电报警器电路的设计过程。
首先，选择合适的光电传感器。
常用的光电传感器有光敏电阻和光电二极管等。
光敏电阻是一种利用光照强度变化而改变电阻值的元件，灵敏度较低，需要进行信号放大处理。
而光电二极管则是一种能够将光信号转化成电流输出的器件，灵敏度较高。
根据实际需求选择合适的光电传感器。
其次，进行信号放大。
信号放大是为了增强光电传感器输出的弱电信号，提高其稳定性和可靠性。
常用的放大电路有运算放大器差分放大电路和晶体管放大电路等。
其中，运算放大器差分放大电路采用运算放大器作为放大元件，通过调整反馈电阻和输入电阻的比例关系，将光电传感器输出的电压信号进行放大。
然后，进行信号处理。
信号处理是为了对光电传感器输出的电信号进行处理和转换，从而得到满足实际需求的信号。
常用的信号处理电路有滤波电路、计数电路和比较电路等。
滤波电路可以滤除噪声信号，提高信号的清晰度和准确性。
计数电路可以对信号进行计数，判断光照强度的变化情况。
比较电路可以将光电传感器输出的信号与设定的阈值进行比较，进而产生触发电平。
最后，进行报警触发。
报警触发是通过光电传感器输出的信号判断是否触发报警，并产生相应的报警信号。
根据需要选择合适的报警触发电路，常见的触发电路有继电器触发电路和集成报警电路等。
继电器触发电路通过继电器对电流进行控制，实现报警信号的切换。
集成报警电路则是利用集成电路的功能实现报警信号的产生和输出。
在光电报警器电路设计中还需要考虑电源电路和保护电路等。
电源电路是为了为光电传感器和其他电路提供稳定可靠的电源供电。
保护电路是为了保护光电传感器和其他电路不受过电压、过电流等问题的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
总结起来，光电报警器电路设计需要考虑光电传感器的选择、信号放大、信号处理、报警触发、电源电路和保护电路等方面。
光电式传感器-光电报警电路(正文)
1引言报警器的应用非常广泛。
在汽车、摩托车报警器，仓库大门，以及家庭保安系统中，几乎无一例外地使用了报警器电路。
随着社会科学技术的迅速发展，人们对报警器的性能提出了越来越高的要求。
传统的报警器通常采用触摸式、开关报警器等。
这类报警器具有性能稳定、实用性强等特点，但是也具有应用范围窄等缺点。
而且安全性能也不是很好。
光电报警就很好的改善了这点。
如今，光电报警器已经广泛应用到工农业生产、自动化仪表、医疗电子设备等领域本实验的设计借助于模拟电路和数字逻辑电路，采用模块化的设计思想，使设计变得简单、方便、灵活性强。
电路简单容易实现，工作稳定，因此得到了广泛的应用。
2 原理及概述传感器是指能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常由敏感元件和转换元件组成。
传感器的原理有各种各样，光电式传感器，是将光通量转化为电量的一种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。
由于光电测量方法灵活多样，可测参数多众多，一般情况下具有非接触、高精度、高变率、高可靠性和反应快等特点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器的内容及其丰富，在检测和控制领域中得到广泛的应用。
3 内容及要求内容：本课程设计就是用发光电器件发光二极管和光敏二极管组成防盗电路。
发光二极管和光敏二极管组成一类似开关作用，再通过一发光二极管和蜂鸣器发出警告。
设计电路应包括两部分：硬件电路和软件模拟。
其中，硬件电路又包括调制电路，发光电路，接收电路，放大电路和报警电路。
如下：调制电路发光管光电管放大电路报警电路要求：根据光电式传感器的工作原理，设计一种防盗电路装置。
利用光敏二极管代替开关，衔接报警电路。
要求正常情况下，三极管不导通；小偷侵入时，光敏二极管接收不到光，不导通，三极管导通驱动报警电路，二极管发光，蜂鸣器鸣叫。
总电路应包括与传感器元件相接的调制电路、放大电路和报警电路。
光电传感器有哪几种分类？
光电传感器有哪几种分类？光电传感器有哪几种？根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。
光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。
下面小编介绍下光电传感器分类。
标准类型1）漫反射型：一般型或能量型(-8)，聚焦式(-8-H)，带背景抑制功能型(-8-H)光电传感器光电传感器，带背景分析功能型(-8-HW)2）反射板型：一般型(-6)，带偏振滤波功能型(-54,-55)，带透明体检测功能型(-54-G)，带前景抑制功能型(-54-V)3）对射型4）槽型5）光纤传感器：塑料光纤型，玻璃光纤型6）色标传感器，颜色传感器，荧光传感器7）光通讯8）激光测距：三角反射原理型，相位差原理型，时间差原理型9）光栅10）防爆/隔爆型安全类型1）安全对射光电2）安全光栅3）安全光幕4）安全控制器门控类型1）雷达传感器：区域检测型雷达传感器雷达传感器2）主动式传感器：单光束型，多光束型，区域检测型3）被动式传感器：区域检测型4）电梯光幕5）通用光电：槽形，对射型等特长①检测距离长如果在对射型中保留10m以上的检测距离等，便能实现其他检测手段（磁性、超声波等）无法远距离检测。
②对检测物体的限制少由于以检测物体引起的遮光和反射为检测原理，所以不象接近传感器等将检测物体限定在金属，它可对玻璃、塑料、木材、液体等几乎所有物体进行检测。
③响应时间短光本身为高速，并且传感器的电路都由电子零件构成，所以不包含机械性工作时间，响应时间非常短。
④分辨率高能通过高级设计技术使投光光束集中在小光点，或通过构成特殊的受光光学系统，来实现高分辨率。
也可进行微小物体的检测和高精度的位置检测。
⑤可实现非接触的检测可以无须机械性地接触检测物体实现检测，因此不会对检测物体和传感器造成损伤。
因此，传感器能长期使用。
⑥可实现颜色判别通过检测物体形成的光的反射率和吸收率根据被投光的光线波长和检测物体的颜色组合而有所差异。
TCRT5000红外反射式开关传感器寻黑白线循迹模块避障小车寻迹
TCRT5000红外反射式开关传感器寻黑白线循迹模块避障小车寻迹TCRT5000一体化光电传感器，具有抗干扰性强，使用方便等优点，是寻迹智能小车必备，检测距离10MM，多路可以适应多种黑线轨道，输入电压5V,黑线输出0V,白线输出5V,数字量输出，+：接直流DC5V正极-：接直流DC5V负极S：信号输出端，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。
概述TCRT5000光电传感器模块是基于TCRT5000红外光电传感器设计的一款红外反射式光电开关。
传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。
应用场合：1.电度表脉冲数据采样2.传真机碎纸机纸张检测3.障碍检测4.黑白线检测基本参数：1.外形尺寸：长32mm~37 mm；宽7.5mm；厚2mm2.工作电压：DC 3V~5.5V，推荐工作电压为5V3.检测距离：1mm~8mm适用，焦点距离为2.5mm模块原理和应用电路原理图：图 1 TCRT5000传感器模块电路原理图传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。
驱动芯片：L298N双H桥驱动芯片2.驱动部分端子供电范围Vs：＋5V～＋35V；如需要板内输出5V，则供电范围Vs：+7V～+35V3.驱动部分峰值电流Io：2A4.逻辑部分端子供电范围Vss：＋5V～＋7V（可板内取电＋5V）5.逻辑部分工作电流范围:0～36mA6.控制信号输入电压范围：低电平：－0.3V≤Vin≤1.5V高电平：2.3V≤Vin≤Vss7.最大功耗：20W（温度T＝75℃时）8.存储温度：－25℃～＋130℃9.驱动板尺寸:55mm*49mm*33mm(带固定铜柱和散热片高度)10.驱动板重量：33g11.其他扩展：控制方向指示灯、逻辑部分板内取电接口。
色敏光电传感器
2.7 色敏光电传感器色敏光电传感器是半导体光敏传感器件中的一种。
它是基于内光电效应将光信号转换为电信号的光辐射探测器件。
但不管是光电导器件还是光生伏特效应器件，它们检测的都是在一定波长范围内光的强度，或者说光子的数目。
而半导体色敏器件则可用来直接测量从可见光到红外波段内单色辐射的波长。
这是近年来出现的一种新型光敏器件。
2．7．1色敏光电传感器的基本原理色敏光电传感器相当于两只结构不同的光电二极管的组合，故又称光电双结二极管。
其结构原理及等效电路如图2.42所示。
在图2.42中所示的P+ -N-P不是晶体管，而是结深不同的两个P-N结二极管，浅结的二极管是P+-N结；深结的二极管是P-N结。
当有入射光照射时，P+、N、P三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同。
如上所述，紫外光部分吸收系数大，经过很短距离已基本吸收外部。
在此,浅结的即是光电二极管对紫外光的灵敏度高，而红外部分吸收系数较小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。
因此，深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。
这就是说，在半导体中不同的区域对不同的波长分别具有不同的灵敏度。
这特性给我们提供了将这种器件用于颜色识别的可能性，也就是可以用来测量人射光的波长。
将两只结深不同的光电二极管组合，就构成了可以测定波长的半导体色敏传感器。
在具体应用时，应先对该色敏器件进行标定。
也就是说，测定不同波长的光照射下，该器件中两只光电二极管短路电流的比值I SD2/I SD1,I SD1是浅结二极管的短路电流，它在短波区较大。
I SD2是深结二极管的短路电流，它在长波区较大。
因而二都有的比值与人射单色光波长的关系就可以确定。
根据标定的曲线，实测出某一单色光时的短路电流比值，即可确定该单色光的波长。
图2.43表示了不同结深二极管的光谱响应曲线。
图中VD1代表浅结二极管，VD2代表深结二极管。
图2.42 色敏光电传感器结构和等效电路图图2.43 硅色敏管中VD1和VD2的光谱响应曲线2.2.7 色敏光电传感器的基本特征1．光谱特性色敏光电器件的光谱特性是表示它所能检测的波长范围，不同型号之间略有差别。
2du3硅光传感器参数
2du3硅光传感器参数简介本文档将介绍2d u3硅光传感器的参数，包括其工作原理、技术指标和应用范围，以帮助读者深入了解该传感器并正确应用于实际项目中。
工作原理2d u3硅光传感器基于硅光电效应工作，利用光子对硅材料内的电子的激发，产生电流信号。
其工作原理可以简单描述为：1.光子进入传感器并与硅材料中的电子相互作用；2.光子的能量将电子从价带激发到导带，形成电子-空穴对；3.电子-空穴对通过电场分离，并在表面形成电流信号。
硅材料具有高灵敏度和快速响应的特点，使得2d u3硅光传感器在光信号检测和测量领域得到广泛应用。
技术指标具体的技术指标可以通过制造商提供的规格书获得，以下是一些常见的参数：-光谱响应范围：200n m-1100nm-器件面积：5m m×5m m-器件类型：单晶硅（p-n结构）-响应速度：n s级-量子效率：高于80%-集成电路输入电压：3V-5V-工作温度范围：-40°C-85°C-直流响应电流：100n A-10μA应用范围2d u3硅光传感器广泛应用于光学测量和光信号检测领域，具体应用包括但不限于：光谱分析2d u3硅光传感器可用于实时光谱分析，帮助科研人员和工程师定量分析不同波长的光信号，如红外光、紫外光或可见光。
光通信2d u3硅光传感器在光通信领域发挥重要作用，能够接收和解析光纤传输的数字信号，实现高速数据传输和通信。
光电检测由于2d u3硅光传感器具有高灵敏度和快速响应特性，可用于光电检测领域，如光电传感器、光电开关等。
医疗设备2d u3硅光传感器可应用于医学设备中，如非侵入性血糖测量仪、心率监测仪等，帮助医生和患者进行疾病预防和治疗。
结论2d u3硅光传感器是一种基于硅光电效应工作的传感器，具有高灵敏度、快速响应和广泛的应用范围。
通过了解其工作原理和技术指标，我们可以更好地应用和配置2d u3硅光传感器，满足各种应用需求。
光电式传感器全解
7.1光电式传感器的基本元件
3.光敏晶体管
光敏二极管的PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射，光敏
二极管在电路中一般是处于反向工作状态，在没有光照射时反向 电阻很大，反向电流很小。当光照射光敏二极管时，光子打在PN 结附近，使PN结附近产生光生电子—空穴对，它们在PN结处的 内电场作用下定向运动形成光电流。光的照度越大，光电流越大。 因此在不受光照射时，光敏二极管处于截止状态；受光照射时， 光敏二极管处于导通状态。
7.1光电式传感器的基本元件
4.光电倍增管 光电倍增管是基于外光电效应和二次电子发射效应的电子真空器件。
7.2 新型光电器件
7.2.1 CCD
电荷耦合器件(CCD)是一种大规模金属氧化物半导体(MOS)集成 电路光电器件，以电荷为信号。它具备光电信号转换、存储、转 移的功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优 点。CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、 传真、通信以及工业检测和自动控制系统。
7.3 光栅式传感器
7.3.1 工作原理
光栅式传感器(或称光栅测量系统)是指利用光栅原理对输入量(位移量)进行 转换、显示的整个测量装置。它包括三大部分：光栅光学系统；实现细分、 辨向和显示等功能的电子系统；相应的机械结构。
7.3 光栅式传感器
莫尔条纹 : 光栅移动一个栅距，莫尔条纹走过一个条纹间距，电压输出的正弦
7.5 典型应用
6.光电开关 光电开关是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，
从而检测物体的有无。
7.5 典型应用
7.多普勒测速装置 当单色光束入射到运动体上某点时，光
波在该点被运动体散射，散射光频 率与入射光频率相比，产生了正比 于物体运动速度的频率变化，称为 多普勒频移。这种现象也称为光学 多普勒效应。多普勒频移不仅与入 射光频率有关，而且还带有运动体 的速度信息。因此，如果能测出多 普勒频移，就可以知道物体运动速 度。
p n 导体概念
p n 导体概念
在物理学中，P-N 接面是指将一个P型半导体和一个N型半
导体连接在一起而形成的界面。
P型半导体中的载流子主要是
正电荷，即电子空穴，而N型半导体中的载流子主要是负电荷，即自由电子。
当两种类型的半导体直接接触时，通过扩散，少数载流子会在接触区域交换并形成电动势。
P-N 接面具有一些重要的特性和应用：
1. 整流作用：在一个P-N 接面中，当P型半导体连接到正电极，N型半导体连接到负电极时，电流只能从P型半导体流向
N型半导体，而不能相反。
这个特性使得P-N 接面作为二极
管的基本组成部分，在电子电路中广泛应用于整流电路。
2. 芯片加工：P-N 接面可以通过控制材料的类型和掺杂程度来
改变导电性能。
这使得P-N 接面成为集成电路中的关键组件，例如晶体管和二极管。
3. 光电传感器：P-N 接面还可以用于光电传感器，其中N型
半导体作为光敏器件，当光照射到P-N 接面时，会产生电流。
这种特性使得P-N 接面在太阳能电池和光电二极管中有广泛
应用。
总之，P-N 接面是半导体器件中重要的组成部分，它的特性和
应用使得半导体技术在电子学和光电领域有着广泛的应用。
电荷耦合器件
第4章
光电式传感器
传感器原理及应用
4.3 光电器件 电荷耦合器件（CCD） ①CCD基本结构和工作原理
显微镜下的MOS元表面
CCD基本结构分两部分： MOS（金属—氧化物—半导体） 光敏元阵列； 读出移位寄存器。 电荷耦合器件是在半导体硅片上 制作成百上千（万）个光敏元， 一个光敏元又称一个像素，在半 导体硅平面上光敏元按线阵或面 阵有规则地排列。
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第4章 光电式传感器 传感器原理及应用 4.3 光电器件 电荷耦合器件（CCD）） 当t = t1时刻，Φ1电极下出现势阱存入光电荷 当t = t2时刻，两个势阱形成大的势阱存入光电荷。 当t = t3时刻，Φ1中电荷全部转移至Φ2。 当t = t4时刻，Φ2中电荷向Φ3势阱转移。 当t = t5时刻，Φ3中电荷向下一个Φ1势阱转移。
第4章
光电式传感器
传感器原理及应用
4.3 光电器件 电荷耦合器件
第4章
光电式传感器
传感器原理及应用
4.3 光电器件 电荷耦合器件 基于CCD光电耦器件的输入 设备：数字摄像机、数字相 机、平板扫描仪、指纹机
第4章
光电式传感器
传感器原理及应用
4.3 光电器件 电荷耦合器件
图 象 传 感 器 发 展 趋 势
(a)x-y 选址
(b)行选址
(c)帧场传输式
(d)行间传输式
光电耦合器演示
第4章
光电式传感器
传感器原理及应用
4.3 光电器件 电荷耦合器件（CCD） ⑤典型的CCD器件 对不同型号的CCD器件而言，其工作机理是相同 的。 不同型号的CCD器件具有完全不同的外型结构和 驱动时序，在实际使用时必须加以注意。 我们可以通过器件供货商或直接向生产厂家索 取相关资料，为CCD器件的应用提供技术支持。
光电开关的原理及类型
光电开关光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
简介光电开关（光电传感器:photoelectric switch）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。
接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。
但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。
这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。
此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。
工作原理图1 所示是反射式光电开关的工作原理框图。
图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。
当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。
并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。
光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。
光电传感器简介
光电传感器简介一.光电传感器简介光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。
光电传感器光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。
它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。
新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。
光电管及其基本特性(1)结构与工作原理光电管有真空光电管和充气光电管两类。
两者结构相似，如图所示。
它们由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一只真空玻璃管内。
阴极装在玻璃管内壁上，其上涂有光电发射材料。
阳极通常用金属丝弯曲成矩形或圆形，置于玻璃管的中央。
当光照在阴极上时，中央阳极可收集从阴极上逸出的电子，在外电场作用下形成电流I。
(2)主要性能1)光电管的伏安特性在一定的光照射下，对光电器件的阳极所加电压与阳极所产生的电流之间的关系称为光电管的伏安特性。
2)光电管的光照特性当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定时，光通量与光电流之间的关系为光电管的光照特性。
光照特性曲线的斜率（光电流与入射光光通量之比）称为光电管的灵敏度。
二、光电传感器的原理光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。
光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。
硅基的光电集成器件
硅基的光电集成器件是一种新型的器件技术，它将光学和电学结合在一起，使得数据传输和处理变得更加高效和精确。
这种技术的出现，对于电子信息行业的发展有着重大的意义。
一、硅基光电器件概述硅基光电器件是将光电子学与集成电路技术融合起来，实现光、电、机械的集成。
硅基光电器件包括了光学元件、光电探测器、光放大器、光电开关、光纤通信模块等。
二、硅基光电器件的特点1.小型化硅基光电器件采用了微电子制造工艺制造，因此可以大大降低器件体积，实现了小型化。
2.高速度硅基光电器件采用光学传输信号，具有更高的传输速度，极大地提高了信息的传输效率。
3.低功耗利用光学传输信号，硅基光电器件可以实现低功耗，这对于制造更环保的电子产品至关重要。
4.高精度硅基光电器件的加工精度很高，可以做到纳米级甚至更小的精度，因此可以实现更高的精度和稳定性。
三、硅基光电器件的应用1.光通信硅基光电器件在光通信方面的应用非常广泛，可以用来制造光开关、波长分复用器等光学器件，实现高速率、长距离、低误码率的光通信。
2.生物医学硅基光电器件可以用来制造各种生物传感器，可以对生物分子、细胞等进行检测和测量，具有广阔的应用前景。
3.计算机领域硅基光电器件可以用于计算机领域的光学总线、光学中央处理器、光学存储器等器件的制造，可以大大提高计算机处理速度。
四、硅基光电集成器件的发展前景硅基光电集成器件的发展前景非常广阔。
随着人们对计算机、通信、医疗、环境等不同领域的需求，硅基光电器件的应用领域也会不断拓展。
未来，硅基光电器件将成为信息、通信、计算机等领域的主要应用技术之一。
总之，硅基光电器件是一种非常先进的技术，它的出现将对信息、通信、计算机等领域产生巨大的影响。
尽管硅基光电器件的技术难度较高，但是掌握这种技术将会为未来带来更多的机遇和挑战。
什么是CCD传感器？CCD的原理是什么？
什么是CCD传感器？CCD的原理是什么？[导读]CCD图像传感器是一种新型半导体器件一电荷祸合器件，是一种MOS集成电路。
它作为一种新型的光电转换型传感器，不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其他摄像器件无法比拟的。
目前，CCD图像传感器不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别、交通监控等民用领域，还是在空间遥感遥测、水下扫描摄像、图像跟踪制导等军事系统中都发挥着重要作用。
近年来又向图像识别和在线精密检测方面发展。
CCD图像传感器是一种新型半导体器件一电荷祸合器件，是一种MOS集成电路。
它作为一种新型的光电转换型传感器，不但具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，而且在分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性，也是其他摄像器件无法比拟的。
目前，CCD图像传感器不论在文件复印、传真、零件尺寸的自动测量和文字识别、交通监控等民用领域，还是在空间遥感遥测、水下扫描摄像、图像跟踪制导等军事系统中都发挥着重要作用。
近年来又向图像识别和在线精密检测方面发展。
一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。
CCD(电荷祸合器件)是一种MOS集成器件，是美国贝尔实验室的W.S. Boyle和G.E. Smith在1970年3月的电气电子工程师协会(TEEE)国际会议上首次发表的。
它的基本功能是电荷的转移和电荷的存储。
CCD技术不仅可以制造大容量存储器，还可以使模拟延迟和摄像技术纳入半导体电子轨道。
所以，CCD 一经问世就引起了世界各国的重视。
首先应用在摄像、模拟延迟和大容量存储等三大技术领域。
ccd传感器是数码相机、数码摄像机等器材的核心部件之一，它主要用来将光信号转化为电信号，从而完成数字图像的输入。
ccd传感器是由正负偏压交替分布的大量寄生结场效应管构成的，基本原理就是光子击打ccd芯片时，会产生电荷，ccd控制电路通过对其进行放电，并将其电荷值进行积累，从而产生输出电流，经过数码信号放大电路后，就能将其转换为数码信号，成为数字图像。
用于光通信的光电传感器设计
155电子技术1 引言 现使用广泛的光电探测器与芯片放大电路都是各自独立的，集成度低并且成本较高。
本文提出一种高带宽高增益的单片光电集成传感器芯片。
基于标准硅0.5μm CMOS 工艺，将硅光电探测器（Photodetector,PD）与芯片放大电路单片集成。
光电集成电路不仅有效降低光电传感器芯片的生产和封装成本，同时能减少由于器件之间的互连线造成的寄生效应，提高器件的稳定性和可靠性[1]。
2 结构设计 本文提出的光电传感器芯片主要由标准硅0.5μm CMOS 工艺兼容的光电探测器(PD)、芯片放大电路和带隙基准组成[2]。
硅基芯片在对于650nm 至850nm 波长范围的入射光源具有良好的响应度。
入射光源拥有相对较大的渗透深度，因此在设计光电探测器时，需要充分考虑渗透深度的影响[3-4]。
如图1为所设计的PD 半边结构剖面图。
PN 结位于各个N-WELL 与P-SUB 之间。
在N+上引出的金属串联在一起并作为PD 的正极引出，在P+上方的金属串联在一起并作为PD 的负极引出，接入芯片放大电路。
此种设计P-N 结位置较深，更加有利于光生载流子的收集。
相比单一N-WELL 与P 衬底的组合结构，此结构增大了PN 结面积。
因此能够获得相对更多的光生电流。
用于光通信的光电传感器设计楼卓格, 张永超,陈隆杰（浙江机电职业技术学院,杭州 310053）摘 要：本文提出一种用于光通信的光电传感器。
基于标准硅0.5μm CMOS 工艺，设计了高带宽高增益单片光电集成传感器芯片。
主要由标准硅工艺兼容的光电探测器、芯片放大电路和带隙基准组成。
根据仿真分析，芯片放大电路增益为88.12dB，其-3dB 带宽为138MHz。
关键词：光电集成；光电传感器；仿真分析DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2019.15.139图1 PD 半边结构剖面图图2 改进型限幅放大器图3 改进型限幅放大器小信号等效电路图 芯片放大电路主单元如图2所示。
光电开关的原理及类型
光电开关光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
| 4339268 光电开关简介光电开关（光电传感器：photoelectric switch ）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。
接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。
但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强。
这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。
此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。
工作原理图1所示是反射式光电开关的工作原理框图。
图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。
当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。
基于SG105F的集成光电式液位传感器研制
位 的变 化 ， 因此 ， 用 于 高 挥 发性 液 体 ， 适 并不 受 环 境 温度 和被 测液体 折射 率 的影响 。
此 进行 了研 究 ， 文 献 ［ ］ 用 Ａ Ｉ ８ ２芯 片 设 如 １采 Ｄｘ １ Ｃ 计 了超声 波 液 位 传 感 器 ， 该 传 感 器 不适 用 于 高 但 挥 发性 液体 以 及 对 超 声 波 高 衰 减 性 的液 体 ； 献 文
高测 量 精 度 ， 用 四个 Ｓ －０ Ｆ芯 片 ， １中 的 采 Ｇ １５ 图
Ｓ 一 ５ １１和 Ｓ ．０ Ｆ — Ｇ１ Ｆ ． ０ Ｇ １５ １２组 成 一 个 完 整 的 Ｓ 一 Ｇ
收 稿 日期 ： ００—１ —０ ２１ １ ９
３ ・
１５ １ 片 ， ０Ｆ 芯 依次类 推 。
较 大 ， 装维修 也不 方便 ， 安 并且 价格 较 高 ； 文献 ［ ］ ４ 的光 电式 液 位传 感 器本 质 上 也 是 采 用 了发 光／ 感 光 分离 的结构 。
灵 敏度 的感 光三 极管 组成 ， 出功 率为 ５ ｗ ， 输 ０ｍ 响 应 时 间为 ２ ｓ适 合 于动态 和 静态 测量 。集成 式 ５ ， 光 电液位 传 感 器 电路 原 理 图如 图 １所 示 ， 了提 为
印刷 电路板 装在传 感器 本体 内部 。在 传感 器本 体 下 方设有被 动 转 子组 件 ， 于被 动 转 子组 件 下 方 位 设 有一个 主动 转 子组 件 ， 主动 转 子 组 件通 过 磁 传 递 与被动转 子组 件 连 接 在 一起 ， 而实 现 了非 接 从
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Shanghai Yunsheng microelectronics CO., LTD. 上海芸生微电子有限公司
97 年 4 月 2/12
用于光电传感器的集成电路
参数 输出级 输出电流（开） 输出电流（关） 限制电流的电压阈值 LED 驱动 LED 驱动（低） LED 驱动（高） 短路输出频率 IND 窗口频率 稳压二极管 稳压电压 VZ IZ=100µA 6.7 6.9 7.1 ILED low ILED high T1 T2 IQ on IQ off VS UQ = VCC–1.5V UQ = VCC–1.5V internal (Ro=580 kΩ, Co ≈ 4.7nF) at VLED = 0.8V at VLED = VCC–1.8V fOP / 128 fSYNC / 128, fSYNC = 768Hz fOP / 512 7.4 6.0 1.8 8.0 –8.0 1.2 –0.7 440 符号 条件 最小值 典型值 最大值
97 年 4 月 1/12
用于光电传感器的集成电路
最大允许值
工作电压 VCC 稳压二极管电流 IZD 最高冲击温度 TJ 储存温度范围 Tst 可靠工作温度范围 Tamb 6.7V 10mA 150°C －25...125°C 0...85°C
AM336
电路参数
Tamb＝25°C，VCC＝6.5V，RO＝560kΩ，CO＝4.7nF（除非另外注明） 参数 工作电压 工作电流 振荡器 输出电流（低） 输出电流（高） 放电电阻 接近方式（P/B＝低）： 振荡器输出脉冲宽度 振荡器输出频率 遮挡方式（P/B＝高）： 振荡器输出频率 同步脉冲宽度 同步频率 放大器 低频抗阻电阻 信号检测级 比较器 A 的门槛电压 VTA VTA 比较器 B 的门槛电压 VTB VTB 比较器 A 的滞后电压 VHA VHA 滤波电阻 RIN RD = 30 kΩ RD = 180 kΩ RD = 30 kΩ RD = 180 kΩ RH = 200 kΩ, RD = 30 kΩ RH = 200 kΩ, RD =180 kΩ 内接 15 900 25 1350 25 45 2 19 24 mV mV mV mV mV mV kΩ RB 内接 8 10 12.5 kΩ fOB TSYNC fSYNC 1.25 / (RO × CO), RO >> RE 0.6 × RE × CO, RO >> RE 1.2 × fOB < fSYNC < fOP 25 600 900 475 Hz µs Hz TIRD fOP 0.4 × RE × CO 2.5 / (RO × CO), RO >> RE 11 950 µs Hz IIRD(低) IIRD(高) RE VIRD = 0.8V VIRD = 6.5V 内接 4.4 380 5.9 7.4 8.0 mA µA kΩ 符号 VCC ICC 条件 最小值 5.5 6.0 典型值 6.5 8.0 最大值 6.7 单位 V mA
用于光电传感器的集成电路
特点
• 二种工作方式（距离接近方式或遮挡方 式） • 采用遮挡方式时，可跟踪接收外来同步 信号 • 杂散光抑制 • 门槛电压和滞后电压可调 • 常开和常关输出 • 带有短路保护的 PNP 三极管输出驱动 • LED 发光二极管输出（8mA）（电流输出 或进入） • 探测距离和开关滞后可调 • 采用遮挡方式时，有防尘指示 • 内接稳压二极管（用于提高电压稳定 性，可选择） • 最大工作电压仅依赖外接元器件
AM336
双路高低平输出，直接与间接的 PNP 达林顿三极管相接。用一个外接电阻可以达到输出短路 保护，并且输出一个周期的脉冲信号（1％）。 LED 驱动输出： 可以电流输出或进入，指示输出级状态。 稳压二极管： 用一个外接三极管和内置的稳压二极管一起（AM336－2 型没有内置的稳压二极管），即可 以稳定工作电压，又可以大范围的扩大工作电压范围。 信号发射： 由振荡器激励的带有内置同步信号的脉冲发射信号（应用于红外发光二极管）。 信号检测： 光电二极管的电流（在管脚 INA）通过放大器放大转换成电压信号，然后由输出端（管脚 OUTA）送至电容 CIN 进入信号检测输入端（管脚 IND）。比较器 A 和 B 对输入信号进行比 较，在一个脉冲信号结束时，比较器输出信号送至单稳态触发器 A 和 B，单稳态触发器 A 控 制输出级 QO 和 QC 的电平高低。 跟踪外来同步信号： 一个可靠的光脉冲接收使在较低频率工作的振荡器同步，脉冲宽度和周期必须相适应。 振荡器： 安装在芯片上的振荡器频率 fo 可以通过外接电阻 RO 和电容 CO 来调整（管脚 FO）。 CO 通过 RO 充电，经过 RE（RO>>RE）放电，全部由内置的门槛电压控制。振荡器频率在不 同的工作方式下是不同的，它由振荡器的门槛电压来改变。 IRD 输出端通过外接 PNP 三极管驱动一个红外发光二极管（IR－LED）。如果不用外接三极 管，那么就必需连接一个电阻。 接近方式（P/B＝低）： 当管脚 FO 上的电压达到比较器 C 的门槛电压上限时，在管脚 IRD 就有一个输出脉冲并且使 电容 CO 放电。这个负脉冲由电容 CO 的放电时间决定。比较器 D 此时不工作（输出端在高电 平），因为它的门槛电压与比较器 C 的门槛电压相比更接近动作电压的极限。 遮挡方式（P/B＝高）： 如果选择管脚 A/B＝高电平，比较器 C 处于关状态，振荡器通过比较器 D 工作在低频状态。
97 年 4 月 3/12
用于光电传感器的集成电路
工作原理图
+ Rtd1 Rtd2 + IRD PROXIMITY + Ro Co FO + + D BARRIER T :128 T1 :4 T2 QC C + short circuit pulse generatation VCC VZ CSC Csc
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97 年 4 月 5/12
用于光电传感器的集成电路
AM336
如果没有光脉或者很弱，电容 CO 放电，一直达到比较器 D 的上门槛电压为止。一个可靠光 脉冲接收使得电容 CO 开始放电较早，从而使振荡器同步。同步频率有一个上限（距离接近 方式－频率：fop）和下限（遮挡方式－频率：1.2×fOB）。如果振荡器频率太高，则信号检 测就不能触发。在频率较低的情况下，一个脉冲信号会出现在输出端。 连接管脚：FO，IRD，P/B。 放大器： 光电流输入端是一个电流电压转换放大器（transimpedance）。它的电阻变化依赖于输入信 号的频率，从而可以达到抑制杂散光的目的（不受杂散光的干扰）。从管脚 INA 来的输入电 流将与管脚 INA 和 OUTA 之间的阻抗相乘，在管脚 OUTA 电压输出。在低频时该阻抗与电阻 RB（内置）接近，高频时与外接电阻 RA 接近。 连接管脚：INA，OUTA，ALR。 信号检测级： 输入级的信号通过一个高通滤波器（CIN 接在 OUTA 和 IND 之间，RIN 内置）送到比较器 A 和 B（窗口比较器）输入端。门槛电压 VTA 和 VTB 以及滞后电压 VHA 和 VHB 是流过电阻 RTA 和 RTB（RTA＝2×RTB）的恒流源产生。滞后电压通过 D 触发器的输出信号来决定开关。 门槛电压和滞后电压的电平由外接电阻（RD，RH）和有温度补偿的内置参考电压（VR）决 定。为了降低噪声干扰，电阻应尽可能安装在管脚附近。在输出较高的脉冲电流时，为了防 止电源 VCC 引起的干扰，接一个旁路电容是有利的。 正触发的 IRD－信号（IND）和比较器输出信号送到单稳态触发器，从而控制不同的状态输 出。 连接管脚：IND，RD，RH。 输出级： 双路高低电平输出，直接驱动外接 PNP 达林顿三极管，还带有输出电流限制和过载保护（短 路时，将输出一个极短的脉冲，并时刻检测电路的短路情况。） 内置的触发器 A 输出信号（依赖于 VTA）控制输出驱动级。它由恒流源和一个内置电阻构 成。流经电阻 RS 的电容 CSC 放电达到内置的门槛电压，使得两个输出驱动级同时关闭。当 电容 CSC 重新充电达到门槛电压上限时，输出级又能重新开始工作。 不用的输出端必须连接到管脚 VCC 上。外接的 PNP 达林顿三极管使用要考虑到电源电压的 大小（VCC－2×VBE），使得所限制的最大输出电流能达到要求。 连接管脚：QO，QC，RS，CSC。 LED 驱动输出： 由推挽输出驱动的发光二极管 LED 指示窗口比较器所处的不同情况或者指示输出端短路。
T2 B X L H H SC LED L T1 H L H T2 H H
+ LED
GN RH RD Rd Rh
+
图 2
工作原理简介
简要 AM336 是一个可以用于距离接近方式或遮挡方式的光电转换传感器集成电路。它可以通过管 脚 P/B 的选择，应用于反射光距离接近开关或光遮挡开关（带自动跟踪外来同步信号）。 集成电路由不同功能的模块组成： 振荡器： 当振荡器的门槛电压达到 VCC/2，驱动器输出信号使红外发光二极管 IR–LED 发光，输出的 脉冲长度和间隔周期由外接电阻 RO 和 CO 调整。
AM336
简介
AM336 是一个双极型的专为光电传感器应用 而设计的集成电路。 加上一个外接光电二极管，一个红外发光 二极管（IR－LED），二个 PNP 功率三极管 和一些很少的其它元件，AM336 就可以成为 一个完整的光电转换传感器（距离接近方 式或遮挡方式），用于发射光距离接近开 关或者作为光遮挡开关（带自动跟踪外来 同步信号）
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97 年 4 月 4/12
用于光电传感器的集成电路
放大器： 把电流信号转换为电压信号，杂散光抑制。 信号检测级： 触发窗口比较器，在输出脉冲结束时触发“单脉冲系统”（无信号滤波）。 输出级：