跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.201.99.222) 您好!臺灣時間:2022/12/10 10:17
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:陳彥宇
研究生(外文):Yen-yu Chen
論文名稱:光控制電頻率產生器積體電路設計
論文名稱(外文):A Design of Optically-Controlled Electrical Frequency Generator Integrated Circuit
指導教授:劉政光劉政光引用關係
指導教授(外文):C.K.Liu
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電子工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞: 光二極體環型壓控振盪器
外文關鍵詞:photodiodeTIA
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:106
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
本論文研究光控制電頻率產生器積體電路設計,利用CIC之CMOS製程來設計積體電路。文中探討四個主題,矽發光晶片、矽光二極體、轉阻放大器(TIA)與峰值整流器設計、環型壓控振盪器設計。
第一部分探討矽發光元件的研製,採用指叉式螺旋結構來研究矽發光晶片的發光特性,設計的P-N接面矽發光晶片,在面積220 × 230 µm2下,所得外部量子效率為3.021×10-6 。
第二部分為矽光二極體(Si-Photo Diode)的設計,所得PNNP型矽光二極體之最高反應率R=7× (A/W)與量子效率 =4.15× 。
第三部份為轉阻放大器設計,量測所得最大轉阻放大增益為91.6dBΩ,-3dB頻寛約為56MHz,可調變的轉阻增益範圍為84.5dBΩ〜91.6dBΩ;整流器電路電壓調整率 為0.15。
第四部分為環型壓控振盪器設計,量測到的frequency tuning range約為18MHz∼90MHz,操作電壓範圍Vc為0.2V∼2.2V。
將上述四個部份組合所得電路,可作為光強度控制電頻率的振盪器,可提供無線光通訊或光控制機構之應用。
In this thesis, a study of the optical intensity to electrical frequency is presented. CMOS process provided by CIC (Chip Implement Center) is used. Here, we study four topics: the silicon light emission, the silicon photodiode, the transimpedance amplifier and the voltage-controlled ring oscillator.
The first part deals with the CMOS silicon light-emitting chip. Finger structures are used to study the efficiency of light emission. Silicon light emission chips of pn junctions are designed. The maximum quantum external efficiency obtained is 3.021×10-6 with an area of 220×230 µm2.
The second part is about the silicon photodiode chip, The PNNP type has a maximum responsivity R=7× (A/W) and a quantum efficiency = 4.15× in our work.
The third part is about the transimpedance amplifier. The amplifier we designed has 91.6dBΩ gain and 56MHz bandwidth. The gain tuning range is 84.5dBΩ∼91.6dBΩ. The rectifier voltage regulation is 0.15.
In the last, the design of voltage-controlled ring oscillator is persented. The frequency tuning range is 18MHz∼90MHz. The range of controlled voltage is 0.2V∼2.2V.
The combination of the above mentioned four building blocks can be applied to optical-intensity controlled electrical oscillators. It can be used in free-space optical communication or control systems.
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖表索引 Ⅶ
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 內容大綱 3
第二章 矽發光晶片研究與分析 6
2.1光電轉換與其應用 6
2.2矽發光元件 7
2.2.1矽發光元件的架構與發光原理 7
2.2.2半導體發光材料特性及效率 9
2.2.3復合機制 10
2.3.4矽發光二極體特性分析 13
2.3矽發光晶片設計 13
2.3.1 電路設計原理 13
2.3.2 電路設計架構 15
2.3.3 矽發光晶片(D35-94C-76e)實際量測 20
2.4 討論 27
第三章 光強度-電頻率轉換電路研究分析 30
3.1光強度轉電頻率 30
3.2光二極體 31
3.2.1 光二極體內部構造與原理 31
3.2.2 光二極體種類與優缺點 33
3.2.3 光二極體等效電路與基本特性 34
3.2.4 光二極體溫度特性與暗電流分析 38
3.3 轉阻放大器(TIA)積體電路 40
3.3.1 TIA電路 40
3.3.2 電流回授型TIA電路設計分析 43
3.3.3 TIA模擬結果 45
3.4 峰值整流器電路設計 48
3.4.1 整流器電路 48
3.4.2 峰值整流電路設計分析 49
3.5 環型壓控振盪器(VCO) 53
3.5.1 壓控振盪器 53
3.5.2 電路設計架構與原理 54
3.5.3 環型壓控振盪器模擬結果 59
第四章 電路實作與量測 62
4.1 矽檢光電路量測 62
4.2 電流回授型TIA量測結果 67
4.3 峰值整流器量測結果 71
4.4 環型壓控振盪器量測結果 72
4.5 量測結果討論 74
4.6 電路的改善與模擬 75
第五章 結論 80
5.1 研究重點討論 80
5.2 未來發展與展望 81
參考文獻 82
作者簡介 85
[1]水野博之著/高正雄譯, 光電工學的基礎, 復漢出版社, 民國七四年.
[2]M.du.Plessis, H.Aharoni, L.W.Snyman, “Spatial and intensity modulation of light emission from a silicon LED matrix”, IEEE Photonics Technology Letters , vol. 14, pp.768-770, June 2002.
[3]L. W. Snyman, A. Biber, H. Aharoni, M. du. Plessis, B. D.Patterson, P.Seinz,“Higher-efficiency Si LED's with standard CMOS technology”, EDMO, London, pp.340-345, Nov. 1997
[4]L. W. Snyman, A. Biber, H. Aharoni, M. du. Plessis, B. D. Patterson, P. Seinz,“Practical Si LED's with standard CMOS technology”, IEEE Southeastcon '98, Proceedings. Orlando, FL, pp.344-347, April 1998.
[5]L. W. Snyman, M. du. Plessis, E. Seevinck, H. Aharoni, “An efficient low voltage, high frequency silicon CMOS light emitting device and electro-optical interface”, IEEE Electron Device Letters,vol. 20, no. 12 pp. 614-615, Dec. 1999.
[6]L. W. Snyman, A. Biber, “Enhanced light emission from a silicon
n+pn CMOS structure”, IEEE Proceedings, pp. 242-245, March 1999.
[7]L. W. Snyman, H. Aharoni, M. Du. Plessis, J. K. Marais, “Planar
silicon light emitting sources in standard 1.2 and 2 micron CMOS technology”, The 4th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics , Chiba, vol. 1, pp.108-109, July 2001.
[8]A. Chatterjee, B. Bharat,“High speed, high reliability Si-based
light emitters for optical interconnects”, Proceedings of the IEEE International, pp. 86-88, June 2002.
[9]繆家鼎、徐文娟、牟同升編、曹士林校訂 光電技術 ,五南圖書出版股份有限公司,2003.9.
[10]A. Chatterjee, P. Mongkolkachit, B. Bhuva, A. Verma, “All Si-based optical interconnect for interchip signal transmission”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 15, pp.1663-1665, Nov.2003.
[11]蘇亭偉, “奈米結構金氧矽發光二極體之特性研究”,碩士論文,國立
台灣大學, June 2002.
[12]李仕成,”互補金氧半的光電-電光電路設計”碩士論文,國立台灣科技大學,2003.
[13]H.-C. Lee and C.-K. Liu, “Si-based current-density-enhanced light emission and low-operating-voltage light emitting/receiving designs, ”Solid-State Electronics, vol. 49,pp. 1172-1178, June, 2005
[14]陳春美,”光照對蕭特基二極體之影響”,碩士論文,國立台灣科技大
學, 1993.
[15]蔡立民,”接面二極體雜訊特徵的研究”,碩士論文,國立台灣科技大
學, 1992.
[16]余合興, 光電子學-原理及應用 ,中央圖書出版社, 1986.
[17]林宜平, ”矽基晶片間光互連與對準之研究” ,碩士論文,國立台灣科技大學, 2004.
[18]徐照夫, 光感測器及其使用法 ,台北市,全華書局,民國八十年.
[19]劉權德, “光電用轉阻放大器研製”,碩士論文,國立清華大學,2001.
[20]P. H. Lu, Student Member, IEEE, C. Y. Wu, Member, IEEE, and M. K. Tasi, “Design Techniques for Tunable Transresistance-C VHF Bandpass Filters”,1994 IEEE.
[21]Sedra、Smith著/曹恆偉、林浩雄合譯, 微電子電路 ,台北圖書有限公司,第四版.
[22]蕭敏學, 電子學(上) , 全華科技圖書股份有限公司,初版.
[23]C. H. Park, student Member, IEEE, and B. Kim, senior Member, IEEE “A low-noise, 900-MHz VCO in 0.6-μm CMOS”, IEEE. Journal of Solid-State Circuits, Vol. 34 No. 5, May 1999
[24]A. Rofourgan, J. Rael, M. Rofourgan, and A. Abidi, “A 900 MHz CMOS LC-oscillator with quadrature outputs,” ISSCC Dig. Tech. Papers, San Francisco, CA, pp. 392–393.Feb. 1996
[25] P. Basedau, Q. Huang, “A 1-GHz, 1.5-V monolithic LC oscillator
in 1-_m CMOS,” in Proc. 1994 Eur. Solid-State Circuits Conf., Ulm,Germany, pp. 172–175. Sept. 1994
[26]W. S. Yan and H. C. Luong “A 900-MHz CMOS Low-Phase-Noise Voltage-Controlled Ring Oscillator”, IEEE. Transactions on Circuit and systems-Analog and Digital Signal Processing, Vol. 48, No. 2 February 2001
[27]A. Hajimiri, S. Limotyrakis, and T. H. Lee, “Phase noise in multi-gigahertz CMOS ring oscillators,” Proc. IEEE 1998 Custom Integrated Circuit Conf., pp. 49–52, 1998
[28]D. A. Neamen, ”Semiconductor Physics & Devices”,,台北市,台商圖書有限公司, Chap.7, McGraw-Hill, 1998.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top