[发明专利]光电检测集成芯片

说明书

本发明涉及可见光通信领域，公开了一种光电检测集成芯片。本发明中，包含内部集成了光电信号处理电路的印刷电路板PCB和光电二极管PD阵列，其中，PD阵列位于PCB上，PD阵列中的每一个PD上都具有一个正极和一个负极，PCB上具有与正极和负极一一对应的正极焊盘和负极焊盘，且正极与正极焊盘电连接，负极与负极焊盘电连接。与现有技术相比，直接将PD裸片与PCB中的光电信号处理电路电连接，降低了寄生电阻和寄生电感效应，从而提高了光电信号处理电路的灵敏度，进而提高了整个光电检测集成芯片的性能，而且工艺简单，成本低廉，成品率高，适合产业化生产。

技术领域

本发明涉及可见光通信领域，特别涉及光电检测集成芯片。

背景技术

白光LED作为一种固态光源具有发光效率高、尺寸小、寿命长等优点，将取代传统的照明设备成为下一代环保照明光源。作为一种半导体光子器件，白光LED的快速响应特性使其具有高速调制的特点，可以将信号以人眼无法感知的速度调制到LED光源上进行数据传输。基于LED的上述特点，产生了一种深度耦合照明与数据传输的新技术，即可见光通信技术(visible light communication,VLC)。VLC技术作为一种光无线通信技术具有发射功率高、无需频谱申请、带宽高、无电磁干扰并且安全可靠等优点，可以作为频谱日益紧张的无线射频通信技术的补充。近几年，伴随着白光LED技术的发展，VLC技术应用于各种场景的潜力开始彰显，得到国内外愈来愈广泛地关注。

如图1所示为VLC系统框图，相比红外无线光通信系统，VLC系统中白光LED发出的光对人眼安全，因此发射功率可以很高，但由于LED的发光模式遵循朗伯发散模式，在离光源较远距离处，即便有较高的发射功率，光强依然很弱。VLC系统大多设计成光强度调制、直接检测系统(Intensity modulation/direct detection，IM/DD)，接收机光电检测器件接收到的光信号的强弱将直接决定整个系统能否正常的工作。同时LED发出的光是经过高速调制的，接收机的带宽与响应速率必须能够与调制信号光源相匹配。可见光通信技术理论上能够获得极高的带宽，深度结合了照明与通信，随着照明LED的推广与普及，该技术得到了愈来愈广泛的关注。设计出花费低并且性能优异的光电检测集成芯片是VLC技术发展并普及的关键。

可见光通信集成接收机包含光路系统、光电检测器件、光电信号读取电路以及整个系统的集成。光路系统用于收集光线并滤除不需要的波段，光电检测器件用于将光信号转化为电信号，光电信号处理电路在PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)中设计完成。其中，光电检测集成芯片的基本功能是将光信号转化为电信号，无线光通信用光电检测器件一般选择PIN(Positive-intrinsic-negative)光电二极管或者APD(avalanchephotodiode，雪崩二极管)。由于工作机理的不同，APD因内部载流子的雪崩效应能够获得高的内部电流增益，灵敏度高，但APD的非线性效应使得其前端信号读取电路设计复杂并且所需偏压太高，相对于PIN等探测器件，成本偏高。在可见光应用环境中，环境杂散光是主要的噪声源，APD的雪崩增益特性使得环境杂散光生成的噪声信号也获得增益，这种噪声很可能淹没信号。反观PIN光电二极管，虽然没有内部电流增益，在较大的输入光功率范围内有很好的光电转换线性度，并且设计电路相对简单，成本低，因此可见光通信通常选择PIN作为光电检测器件。