用于光探測和測量的光環(huán)形振蕩器傳感器(06-100)

　　環(huán)形振蕩器廣泛地應(yīng)用在時鐘產(chǎn)生和系統(tǒng)定標的集成電路中。芯片制造商經(jīng)常用新的制造技術(shù)制造環(huán)形振蕩器和測量其振蕩頻率。這提供了有關(guān)數(shù)字電路基本構(gòu)建單元—反向器電路傳播延遲時間的直接信息。

　　簡單的環(huán)形振蕩器由奇數(shù)個反向器串聯(lián)構(gòu)成，最后級的輸出饋入第1級的輸入。從反饋通路分接輸出并緩沖輸出，使其有更好的時鐘性能。與諧振和張弛振蕩器不同，環(huán)形振蕩器可以提供多相時鐘波形，每個時鐘來自單獨反相器的輸出而且相鄰反相器輸出的相位是不同的。環(huán)形振蕩器所產(chǎn)生的方波頻率f為：

　　f=1(2Ntpd)

　　其中N是環(huán)形振蕩器鏈路中的反向器數(shù)，tpd是所用反相器的傳播延遲。本文所述的光使能環(huán)形振蕩器可以方便的用于探測光和測量光強非常小的變化。

　　光環(huán)形振蕩器電路示于圖1，它是由5個電阻加載的雙極反向器級組成的。電路中所用光電晶體管BP×38是Siemens Microelectronics 公司的產(chǎn)品。環(huán)形振蕩器外部1個附加晶體管級是用做為緩沖器級，以改善輸出波形和提供驅(qū)動電流緩沖。BP×38是中等增益的NPN硅光電晶體管，封裝為T018金屬管殼，帶1個集成的平面透鏡。它具有90度寬接收角，這很容易自由空間耦合。它具有300nA室溫暗電流。

　　做成1個環(huán)形晶體管可接收光，而把其他晶體管閉鎖，把它們的透鏡涂上黑色。當上電時，電路振蕩并產(chǎn)生方波，其占空比敏感于光強度的小變化。可以構(gòu)建兩個相同的電路，其中1個電路用做無光參考。然后，可用鎖相環(huán)精確測量兩個通道之間的相位差。

　　用655nm紅光半導體激光器二極管照射，在入射光強度小于50微瓦時可引起1個全時間周期的最大時鐘相移。對于光強度的較大變化，振蕩頻率本身是變化的，并將指明光的存在是否。(魯)