光电耦合器因其体积小、隔离性能好、信号传输单向性等优点,在医疗、航空航天、工业以及通信等领域有着不可取代的作用,而随着光电子技术的不断进步,光电耦合器的应用领域也愈加丰富。为解决分立器件组成的光电耦合器工作速度低、集成度低的问题,本文开展光电耦合器芯片的研究设计。基于Bi CMOS工艺实现面向智能硬件应用的高速、高集成度的光电耦合器芯片。本文首先研究光电耦合器的传统结构、基本工作原理及重要的性能参数,并给出所设计的光电耦合器的基本结构图以及设计指标。介绍发光二极管的基本工作原理和主要表征参数,并为本文设计的光电耦合器芯片选择合适的发光二极管。针对工作速度低的问题,设计基于插指型结构的光电探测器,通过提高光生快载流子的占比,从而使得光电探测器的响应速度有所提升,最终达到提高整体工作效率的目的。光电探测器将光信号转换成的电流信号十分微弱,容易受到干扰,针对该问题开展跨阻放大器电路设计方案研究。分析跨阻放大器的性能参数以及典型结构,设计出差分结构跨阻放大器,以抑制光电耦合器的内部共模噪声。设计一款放大器置于跨阻放大器的结构之后,防止出现因跨阻放大器转化的电压信号过小,不足以驱动后续电路的问题。跨阻放大器和放大器都使用NPN晶体管作为输入晶体管,以实现低噪声和低失调。光电耦合器电路部分的设计还包括:基准源电路、迟滞比较器、逻辑电路以及输出驱动电路。输出驱动电路采用达林顿复合晶体管和NMOS晶体管实现AB类驱动能力,确保光电耦合器的输出级工作电压范围较宽。本文根据应用需求,基于Bi CMOS工艺进行电路设计、版图绘制以及整体参数仿真分析。结果表明,该光电耦合器在电源电压15～30V的范围内能够正常工作,输出电流峰值可达2.85（32）。在典型情况下,由10W电阻和10Ω电容串联的结构作为输出端的负载,测试其信号传输特性。测得输出端信号的上升时间tr为60ns,下降时间tf为67.3ns,上升传输时延t PLH为118ns,下降传输时延t PHL为113.8ns。整个光电耦合器芯片版图面积为1.069mm×1.209mm。