电光数-模转换器制造技术

电光数—模转换器是用电光转换开关代替电子学数—模转换器中的电子开关，用光功率分配器代替其权电阻网络而形成的一种新型器件。本器件是由光源、光功率分配器、探测器、光隔离器、管壳和内引线组成，其特征是它的一个光源与一个探测器配对组成光耦合器，并由它作为一个耦合单元构成数—模转换器中的一个位，光源与探测器之间有一光功率分配器，位与位之间由光隔离器实现光学绝缘。光源，光功率分配器，控制器，光隔离器都集中于管壳内。本器件精度可高达１６位，转换时间低达１０ｎｓ以下，是一种具有高精度、高速率的数—模转换器。（*该技术在2000年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是涉及到一种电光转换开关器件。数——模转换器(DAC)是数字化、智能化仪器、仪表及电子设备、自动控制、数字音响、数字图象、数字通信和计算机接口及应用系统的重要器件。为了适应大容量、高速率现代化信息技术的迅速发展，数——模转换器(DAC)主要向着高精度和高速度方向发展，而在提高器件的转换速度上主要受到构成器件的开关时间的限制，常用的电子开关最快的速度只能达到纳秒(ns)量级。1983年Verber等人发表了集成光学数——模转换器〔Appled Optics，Vol22，No23、P3677(1983)〕。它是在钛(Ti)扩散铌酸锂(LiNbO3)平面波导上由制作4组结构尺寸完全一样的电光光栅构成，它应用电子分压器将输入数字信号加到各组电栅的每个电极上，另一电极共地。只要对各电极的分压选取得当，则在二进制码2n－1，n＝4的输入情况下，可得到相应的P0／2n－1的衍射光功率强度的分配(n是转换器的位数，P0是对应于输入码最高位MSB的光功率)。在实验中采用棱镜耦合将光输入波导，输出光用透镜会聚于光探测器上，作者对6位(DAC)进行了实验，给出了原理性结果。虽然从原理上讲，集成(LiNbO3)光波导结构的数——模转换器(DAC)是可实现的，但它存在三个难以克服的问题(1)耦合与传输损耗的限制由于该器件本身是无源器件，须将外部光源的光耦合进波导，输出光耦合入光探测器。这样不仅使系统复杂化且难以调整，并由此带来了耦合和传输损耗。就目前激光器(LD)的功率水平，耦合入光波导的功率可达60μw左右，若以8位DAC设计，考虑光波导(～3cm长)损耗3dB，开关损耗3dB，输出耦合等损耗0.5dB，则最低位LSB的功率分配将是PLSB＝ (10α/10)/(2n-1) Pi≌0.13μw如此小的功率，对探测器来说也较困难，所以它很难制造出8位以上的高精度的DAC；(2)波导之间光隔离度的限制8位DAC的最高位(MSB)与最低位(LSB)相差24dB，而LiNbO3波导电光开关所能达到的隔离度也只有20～30dB，因此它作8位DAC已很困难，至于作更高位数的DAC则根本不可能。(3)无法实现单片集成；LiNbO3是无源材料，它无法与光源和探测器等有源材料实现单片集成，只能混合集成，这对减小器件体积，提高可靠性都不宜。本技术的目的是为了制作出具有高速度，高精度的数——模转换器，采用电光转换开关代替电子开关，用光功率分配器代替权电阻网而构成一种新型的电光数——模转换器。本技术的设计方案是采用组合或集成方式将光源与探测器都集中于转换器内部。用数字编码电信号直接调制光源［GaAS－AlGaAS激光器(LD)或发光二极管(LED)］，将电的数字信号转换为相应的光信号，再利用相当于权电阻网络作用的光功率分配器(光阑)分配相应的光功率，经探测器转换为相应的模拟信号，从而实现数——模转换。为了实现这一设计方案，本器件从结构上进行了新的设计，器件由光源(4)、光功率分配器(5)、光隔离器(6)、探测器(7)、管壳(11)、内引线(12)和管脚(13)构成，其特征是每一个光源(4)与一个探测器(7)配对组成一个光耦合器，并由它作为耦合单元构成数——模转换器中的一个位，如是n位就由n个光耦合器组成，在每个耦合器的光源和探测器之间安放了一个可精细调节的光功率分配器(5)，用它来调整各位的光功率比例，在数——模转换器中的位与位之间有光隔离器(6)，用它来消除位与位之间的光串拢。光源(4)、光功率分配器(5)、光隔离器(6)和探测器(7)都安装在转换器的管壳内。本技术的优点是1、由光电开关代替电子开关，其精度可高达16位，转换时间可低达10ns以下。采用LED或响应速度很高的LD(PS量级)和PIN光探测器来完成转换时的开关作用，甚至可实现千兆赫以上的转换速度。2、采用可精细调节光功率分配的光阑代替电子学DAC中的权电阻网络，它不但消除了RC给转换速度带来的影响，提高了器件的转换速度，而且调整各位的光功率较简便，并使其能严格满足P0／2n－1的二进制关系。3、在各位之间附加了可靠的光隔离装置，消除了光串拢。4、在器件结构上采用组合式或集成化结构，使该器件体积小，可靠性高。由此可见本技术是一种具有高精度(可达16位)、高速率(＜10ns)的数——模转换器(DAC)。 附图说明图1电光数——模转换器原理图。(1)－数字码最高位(MSB)D0输入端；(2)－数字码次高位D1输入端；(3)－第(n－1)位数码Dn－1输入端；(4)－光源半导激光器(LD)或发光二板管(LED)芯片；(5)－功率分配器(在此是光阑)；(6)－光隔离器；(7)－PIN探测器(在此是光探测器芯片)；(8)－模拟信号输出端；(9)－负载电阻RL；(10)－探测器负偏压(可调)。图2电光数——模转换器结构图其中(4)－光源；(5)功率分配器；(6)－光隔离器；(7)－探测器；(11)－管壳；(12)－内引线；(13)－管脚。结合附图通过实施进一步说明本技术。在本实施例中，光源(4)采用一个LD或LED(芯片)探测器(7)采用一个PIN探测器(芯片)，使它们配对组成一个光耦合器，其耦合强弱通过光功率分配器(5)分配相应的光功率，在这里采用了光阑，它在光源与探测器之间对其耦合强弱进行精细调节。由以上的光耦合器单元构成数——模转换器的一位，在这里有8个光耦合器组成，为消除位与位之间的光串拢，在各位之间用光绝缘介质制作的隔离片作为光隔离器(6)，并将它们都装置在管壳(11)内。工作时，首先将二进制数字编码电信号(高电平“I”，低电平“O”)直接调制LD(或LED)，使之转换为对应的光信号，然后用光阑(5)精细调节各位的光功率分配，使达到各相应位的探测器上的光功率满足二进制关系PO／2n－1，其中PO为高位(MSB)的光功率，n＝0、1、2……表示转换器的位数，各相应位探测器输出的光电流总和为I＝2I0(X12－1＋X22－2＋……＋Xi2n－1)其中I0是光功率为P0的“MSB”位所对应的光电流Xi＝O或I由附图1可见，在探测器输出光电流的总回路中，串联一阻值为RL的负载电阻(9)，则它二端的电位降UL＝IRL，即为二进制数字信号所对应的模拟信号，从而实现了数——模转换。权利要求1.一种电光数-模转换器，它包含有光源、光功率分配器、探测器、光隔离器、管壳和内引线，其特征在于它的一个光源(4)与一个探测器(7)配对组成一个光耦合器，并由它作为一个耦合单元构成数-模转换器中的一个位，在每一个耦合器的光源和探测器之间安放了一个可精细调节的光功率分配器(5)，在数-模转换器中的位与位之间有光隔离器(6)，光源、探测器，光功率分配器和光隔离器都安装在转换器的管壳内。2.根据权项1所述的电光数——模转换器，其特征在于光源是采用激光器(LD)或发光二极管(LED)芯片，探测器采用PIN芯片。3.根据权项1所述的电光数——模转换器，其特征在于光功率分配器是采用可精细调整的光阑。4.根据权项1所述的电光数——模转换器，其特征在于隔离器是由光绝缘介质制作而成。专利摘要电光数—模转换器是用电光转换开关代替电子学数—模转换器中的电子开关，用光功率分配器代替其权电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电光数—模转换器，它包含有光源、光功率分配器、探测器、光隔离器、管壳和内引线，其特征在于它的一个光源（４）与一个探测器（７）配对组成一个光耦合器，并由它作为一个耦合单元构成数—模转换器中的一个位，在每一个耦合器的光源和探测器之间安放了一个可精细调节的光功率分配器（５），在数—模转换器中的位与位之间有光隔离器（６），光源、探测器，光功率分配器和光隔离器都安装在转换器的管壳内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永智，周元庆，刘旭，庞涛，杨亚培，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]