随着经济的飞速发展，传统的手工生产方式正逐步被自动化的生产方式取代。工人仅操作控制面板，将生产指令经传输媒介传达至自动化设备末端进行生产的方式是大势所趋。作为传输指令的载体，采用传统的铜线进行传输已无法确保数据完整性及工业精准度。符合“光进铜退”环保政策的新兴材料——塑料光纤(Plastic Optical Fiber, POF)因具有优异的电磁抗扰性和易接续、低成本的特性，日渐广泛的应用在工业控制、车载网络、音频数据传输等各种短距离通信领域。工业控制中，POF的使用可以隔离共模电压，抑制接地回路噪声和共模噪声，消除电火花产生的可能，从而在大噪声和高共模电压的环境下保证了设备的安全性和数据的完整性。　　目前POF通信收发器普遍低频性能较差，灵敏度较低，成本较高，难以满足工业控制领域低速数据传输的大量需要。为了实现POF在工业控制领域中的应用，低速率POF收发芯片的开发必不可少。基于此，本文提出采用低成本的标准硅(Si)基CMOS工艺自主研发应用于低速工业控制领域的650nm单片集成光接收芯片OEIC200和OEIC500以适应不同速率工控环境的需要。　　本文主要研究工作和成果包括以下方面:　　(1)应用Silvaco软件，基于0.5μm CMOS工艺，对空间调制(SpatiallyModulated，SM)光电探测器(Photodetector, PD)进行结构建模与仿真，并得到了优化的PD结构。采用华润上华科技有限公司(CSMC)0.5μm CMOS工艺制备了该结构的PD，测试了PD的特性。测试结果表明，反偏电压为2.5V时，PD单位面积结电容为3.16×10-4pF/μtm2，响应度0.12A/W。　　(2)为了适应不同速率工控环境的需要，本文设计了工作频段为1MHz～155MHz，集成了面积为200×200μm2 SM PD的光接收芯片(OEIC200)。采用改进型可调节共源共栅(Regulated Cascode，RGC)跨阻放大器作为前置放大器，改进型Cherry-Hooper放大器作为限幅放大器，f(T)倍频器作为输出缓冲器，对各个单元及芯片整体进行了仿真。采用CSMC0.5μm CMOS工艺制备了OEIC200并测试了芯片的特性。测试结果表明，速率155Mbps且误码率小于10-9时，OEIC200芯片灵敏度可达-17.5dBm，眼图较清晰。　　(3)设计了工作频段为1KHz～1MHz，集成了面积为500×500μm2SMPD的光接收芯片(OEIC500)。采用共源级负反馈跨阻放大器作为前置放大器，并增加自动增益控制(Auto-gain Control，AGC)模块以增大芯片的动态范围。对芯片进行了封装并测试了芯片的特性，结果表明，速率低至10Kbps时，OEIC500芯片可接收的最小光功率为30.2μW。自主搭建了低速M序列发生器，并对其进行编码，将编码后的信号作为OEIC500的输入进行测试，测试结果显示OEIC500可以准确接收到该信号，从而证明OEIC500实现了低速数据传输。　　本文的创新点如下:　　(1)采用Silvaco软件基于CMOS工艺对SM PD进行建模，仿真了PD的特性，得到了优化的PD结构。　　(2)采用改进型RGC跨阻放大器作为OEIC200的前置放大器，将威尔逊缓冲器运用到RGC电路中，改善了前置放大器的性能。　　(3)采用标准Si基CMOS工艺制备了用于工业控制POF通信的单片集成接收芯片，并对芯片进行了测试，证明了芯片可以用于工业控制中低速数据的传输。