CN101741331A

CN101741331A - 激光接收器用脉冲放大处理器

Info

Publication number: CN101741331A
Application number: CN200910263817A
Authority: CN
Inventors: 王林; 李应龙; 黄美钰; 李萧; 王耀林; 王雪梅; 王斌英; 杨保书; 李文军; 王钰中
Original assignee: TIANSHUI TIANGUANG SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: TIANSHUI TIANGUANG SEMICONDUCTOR CO Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: CN101741331B

Abstract

一种激光接收器用脉冲放大处理器，包括信号处理模块、TTL控制信号模块和电源供电模块，所述信号处理模块的信号传递：脉冲信号进入一级放大器的同时，启动TTL信号控制模块和AGC自动增益控制线路，将所述脉冲信号的小信号放大，大信号被抑制后，再进入二级放大器，该放大倍数确定为2倍；之后进入功率放大器，增强功率后进入整形电路，输出固定脉宽的负脉冲信号，该信号通过计算机识别和采集并进入高压驱动电路，驱动激光探测器的高压源。本发明将信号幅度为1mV～5000mV，脉宽小于100ns的脉冲信号转换为脉冲宽度固定为140ns的TTL信号，同时不会产生噪声，且使信号检测值缩小到10mV，体积降至15mm²，生产成本降低10倍。

Description

激光接收器用脉冲放大处理器

技术领域

本发明涉及一种脉冲放大处理器，尤指一种对微小电压信号进行放大、处理后产生均等宽度的TTL脉冲信号的激光接收器用脉冲放大处理器。

背景技术

目前，由大到小的信号处理方案一般采用较复杂的中频放大器和运算放大器8FZ30对信号放大、再由高精度电压比较器LM361进行比较，最后由单稳态多谐震荡器进行脉宽处理，之前还有自动增益控制线路，降噪线路等，其线路结构复杂，信号检测只能检测到大于10mV的信号，在实际用于小信号处理时，只能检测到大于20mV的信号，且体积庞大，占用面积200mm²，且采用普通PCB板设计，使用封装好的成品电路制作，成本较高，不利于推广和使用。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种信号检测值小，体积也小，且成本大幅下降的激光接收器用脉冲放大处理器。

为此，采用如下技术方案：一种激光接收器用脉冲放大处理器，包括信号处理模块、TTL控制信号模块和电源供电模块，所述信号处理模块包括一级放大器、二级放大器、功率放大器、整形电路、AGC自动增益控制线路及高压驱动电路；其信号传递：激光探测器输出的脉冲信号进入一级放大器的同时，启动TTL信号控制模块和AGC自动增益控制线路，将所述脉冲信号的小信号放大，大信号被抑制后，再进入二级放大器，该放大倍数确定为2倍；之后进入功率放大器，增强功率后，进入整形电路，输出固定脉宽的负脉冲信号，该负脉冲信号可以通过计算机识别和采集，同时进入高压驱动电路，用来驱动激光探测器的高压源；

所述电源供电模块的供电信号是：输入的±12V电源，经过电源滤波电路后，通过电容C7、C8的旁路滤波后：+12V为AGC自动增益控制线路供电，+12V电源再通过微阻抗R1，需要再一次电容C1、C2的旁路，为一级放大器供电，再通过微阻抗R2和电容C3、C4旁路为二级放大器供电，再通过微阻抗R3和C5、C6旁路为功率放大器供电；输入的+12V进入电源变换电路的稳压源W1、W2、W3，稳到6V和5V，6V输出将为激光探测器供电，5V为整形电路和高压驱动电路供电；-12V稳压到-6V后输出为激光探测器供电，所有稳压后的电源都需要电容C9、C10、C11、C12、C13、C14的旁路。

本发明可以将信号幅度为1mV～5000mV，脉宽小于100ns的脉冲信号转换为脉冲宽度固定为140ns的TTL信号，同时不会产生噪声，且使信号检测值缩小到10mV，体积降至15mm²，生产成本可降低10倍；由于本发明采用混合集成电路制造技术设计，元器件采用裸芯，电阻元件采用厚膜电阻，硅铝丝压焊，结构简单、可靠性高，使用方便、易于推广。

附图说明

图1是本发明的电路原理框图；

图2是本发明中频放大器L1590的电路图；

图3是本发明一级放大器的电路图；

图4是本发明整形电路的电路图；

图5是本发明电源供电模块的电路图；

图6是本发明各个信号的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参照图1，一种激光接收器用脉冲放大处理器，包括信号处理模块、TTL控制信号模块和电源供电模块，所述信号处理模块包括一级放大器2、二级放大器3、功率放大器4、整形电路5、AGC自动增益控制线路7及高压驱动电路8；其信号传递：激光探测器输出的脉冲信号1进入一级放大器2的同时，启动TTL信号控制模块13和AGC自动增益控制线路7，将所述脉冲信号1的小信号放大，大信号被抑制后，再进入二级放大器3，该放大倍数确定为2倍；之后进入功率放大器4，增强功率后，进入整形电路5，输出固定脉宽的负脉冲信号6，该负脉冲信号6可以通过计算机识别和采集，同时进入高压驱动电路8，用来驱动激光探测器的高压源；

参照图5，所述电源供电模块的供电信号是：输入的±12V电源12，经过电源滤波电路9后，通过电容C7、C8的旁路滤波后：+12V为AGC自动增益控制线路7供电，+12V电源再通过微阻抗R1，需要再一次电容C1、C2的旁路，为一级放大器2供电，再通过微阻抗R2和电容C3、C4旁路为二级放大器3供电，再通过微阻抗R3和C5、C6旁路为功率放大器4供电；输入的+12V进入电源变换电路10的稳压源W1、W2、W3，稳到6V和5V，6V输出将为激光探测器供电，5V为整形电路5和高压驱动电路8供电；-12V稳压到-6V后输出为激光探测器供电，所有稳压后的电源都需要电容C9、C10、C11、C12、C13、C14的旁路。

参照图2、图3，所述一级放大器2是一款具有AGC自动增益控制的中频放大器，其由中频放大器L1590和电容C6、上拉电阻R10、滤波后的供电电源构成；所述脉冲信号1输入后，通过电容C6的耦合后进入中频放大器L1590；L1590是一款具有AGC自动增益控制的中频放大器，用于脉冲信号的放大和处理，芯片采用特殊的双极性硅工艺手段制作，工作频率提高到120MHZ，该中频放大器L1590的1脚和3脚为差分输入结构，三极管Q1和Q2为输入线性放大功能，其集电极电压，可以由中频放大器L1590的2脚、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9常规连接形成的射极输出器确定，该集电极电压同时也是输出三极管Q13、Q14、Q15、Q16的工作点，通过它的电压高低可以确定增益的大小；中频放大器L1590的2脚为AGC控制脚，可以输入一定范围的电压，用来和射极输出器一起控制三极管Q1和Q2的集电极电压，实现AGC自动增益的控制；

中频放大器L1590的的基准由电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7和二极管D1、D2、D3构成，分别供给AGC线路、和三极管Q1和Q2的基极，即为三极管Q1和Q2的工作点，三极管Q1和Q2的工作点受到基准和射极输出器的双重控制，基准的高低用来确定AGC控制能力，而射极输出器直接控制增益的大小；信号通过输入的差分结构放大后进入输出放大区，由四个三极管Q13、Q14、Q15、Q16构成，中频放大器L1590的5脚和6脚差分输出，输出三极管Q14和Q15集电极开路输出方式，需上拉电阻。当中频放大器L1590的2脚悬空时，由射极输出器和基准确定的放大用的三极管Q1、Q2、Q13、Q14、Q15、Q16工作点最优，因此增益也最大，当中频放大器L1590的2脚有电流进入时，工作点电压偏移，增益降低，当输入电流较大时，偏移严重，导致三极管不工作，从而实现AGC自动增益控制。

总体来讲，中频放大器L1590的放大三极管为Q1、Q2、Q13、Q14、Q15、Q16，Q1、Q2为输入放大器，Q13、Q14、Q15、Q16为输出放大器，其输入放大器的工作点由基准和射极输出器共同确定，输出放大器的工作点由射极输出器确定，2脚可以通过外围的电压或电流信号进入器件后实现增益的灵活控制。

电路在10MHZ时，具有电压增益为50DB，60MHZ时，电压增益为45DB，100MGZ时，电压增益为35DB。

中频放大器L1590电源电压VCC为5V--13V，当VCC为12V时，中频放大器L1590具有最大的增益。

AGC的控制为电流控制模式，因此，在没有串联电阻的情况下，电压从50DB到-60DB，只需要大约0.2～0.4V的电压，电流在100UA时，增益大约为-60DB，在串接电阻的情况下，AGC电压的控制范围可以高达24V甚至以上。

所述耦合电容C6的容值确定为200PF，输出端上拉电阻R10确定为1K，此时能输出最大的电压增益。中频放大器L1590的另一输出端同时连接到电源，能保证增益的稳定和电压信号的最大输出，差分输入的两端，使用锗二极管，二极管选为IN60，该二极管具有结电容小、正向压降小的特点，能在大信号时，将输入信号衰减到300MV左右，小信号时，能保证小信号电压不衰减。

参照图4，所述整形电路5采用二输入四与非斯密特触发器74LS132，其是具有斯密特触发功能的门电路；该74LS132的1、2脚为输入脚，3脚为输出脚，2脚和3脚连接电阻R4，2脚对地连接电容C1。

信号经一级、二级放大后，进入电压比较和脉宽固定功能，即整形电路5，首先，通过电容C10的耦合，C10容值确定为1000PF，进入74LS132，该74LS132通常用于上升下降沿较缓的与非门信号处理，逻辑关系为Y＝A*B/，本发明用于谐振电路，电阻R1、R2、R3决定谐振点，D2为硅二极管，其温漂和74LS132完全一致，因此，当温度变化后，R1、R2、R3电阻决定的基准电压，同74LS132的谐振点变化一致。74LS132的1、2脚为输入脚，3脚为输出脚，本线路中，2脚和3脚连接电阻R4，2脚对地连接电容C1，为了使得输出的负脉冲宽度为140ns，电阻R4阻值采用510Ω，电容C1的容值为100PF。谐振工作原理为：当1脚输入的电压值为低电平(低于谐振点)时，依据逻辑关系：Y＝A*B/＝I＝0*B/，3脚输出确定为高电平，当1脚输入的电压值为高电平(高于谐振点)时，依据逻辑关系：Y＝A*B/＝1*B/，输出脚3的电平不能确定，当输入脚1为低电平时变化为高电平时，输出先为高电平，输出脚3通过电阻R4和输入脚2连在一起，2脚对地接了电容C1，输出高电平通过电阻R4对C1充满电后，2脚变为高电平，依据逻辑关系：Y＝A*B/＝1*1/＝0，输出为变为低电平，C2通过R4对输出放电，放电结束后，2脚又变为低电平，依据逻辑关系：Y＝A*B/＝0*B/＝1，输出又变为高电平，这样就形成了谐振。

整形电路的工作原理是：当输入的电平信号低于电路的谐振点时，输出为高电平，当输入电平高于谐振点时，输出一固定频率的振荡波形，波形周期(也就是脉宽)由C1和R4决定，频率的占空比大约为50％。因此，当输入一脉冲信号，该脉冲的中心点在谐振点以上时(高于大约40MV即可)，为振荡波形，由于电阻R4、电容C1的充放电效果，振荡脉冲的宽度大于输入脉冲的宽度，此时，输出出现低电平，当还没有完成低电平时，由于输入信号脉宽很窄，该输入的信号就改变为低电平，但输出继续为低电平，直到振荡波形改变为高电平时结束；当低于谐振点时(低于大约40MV即可)，为持续高电平，这样就完成了一个脉冲的采集和脉冲宽度的处理，而脉冲宽度由C1和R4的大小决定。

本发明电路的生产按以下工艺流程进行：元器件筛选→激光划片→基片尺寸检验→掩膜制作→掩膜检验→丝网印刷→烘焙→印刷检验→烧结→基片检验(包括印刷质量和基片电特性检验)→外壳检验(包括密封检漏抽检)→装架→装架检验→再流焊→再流焊检验→清洗→装配→装配检验→烘培→键合(压焊)→键合检验→试测→动态调校→初测→封盖→密封检漏→标识打印→成品中测试→成品筛选→成品终测。

Claims

1.一种激光接收器用脉冲放大处理器，包括信号处理模块、TTL控制信号模块和电源供电模块，其特征在于：所述信号处理模块包括一级放大器(2)、二级放大器(3)、功率放大器(4)、整形电路(5)、AGC自动增益控制线路(7)及高压驱动电路(8)；其信号传递：激光探测器输出的脉冲信号(1)进入一级放大器(2)的同时，启动TTL信号控制模块(13)和AGC自动增益控制线路(7)，将所述脉冲信号(1)的小信号放大，大信号被抑制后，再进入二级放大器(3)，该放大倍数确定为2倍；之后进入功率放大器(4)，增强功率后，进入整形电路(5)，输出固定脉宽的负脉冲信号(6)，该负脉冲信号(6)可以通过计算机识别和采集，同时进入高压驱动电路(8)，用来驱动激光探测器的高压源；

所述电源供电模块的供电信号是：输入的±12V电源(12)，经过电源滤波电路(9)，通过电容C7、C8的旁路滤波后：+12V为AGC自动增益控制线路(7)供电，+12V电源再通过微阻抗R1，需要再一次电容C1、C2的旁路，为一级放大器(2)供电，再通过微阻抗R2和电容C3、C4旁路为二级放大器(3)供电，再通过微阻抗R3和C5、C6旁路为功率放大器(4)供电；输入的+12V进入电源变换电路(10)的稳压源W1、W2、W3，稳到6V和5V，6V输出将为激光探测器供电，5V为整形电路(5)和高压驱动电路(8)供电；-12V稳压到-6V后输出为激光探测器供电，所有稳压后的电源都需要电容C9、C10、C11、C12、C13、C14的旁路。

2.根据权利要求1所述的激光接收器用脉冲放大处理器，其特征在于：所述一级放大器(2)是一款具有AGC自动增益控制的中频放大器，其由中频放大器L1590和电容C6、上拉电阻R10、滤波后的供电电源构成；所述脉冲信号(1)输入后，通过电容C6的耦合后进入中频放大器L1590；该中频放大器L1590的1脚和3脚为差分输入结构，三极管Q1和Q2为输入线性放大功能，其集电极电压，可以由中频放大器L1590的2脚、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9常规连接形成的射极输出器确定，该集电极电压同时也是输出三极管Q13、Q14、Q15、Q16的工作点，通过它的电压高低可以确定增益的大小；中频放大器L1590的2脚为AGC控制脚，可以输入一定范围的电压，用来和所述射极输出器一起控制三极管Q1和Q2的集电极电压，实现AGC自动增益的控制；

中频放大器L1590的的基准由电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7和二极管D1、D2、D3构成，分别供给AGC线路、和三极管Q1和Q2的基极，即为三极管Q1和Q2的工作点，三极管Q1和Q2的工作点受到基准和射极输出器的双重控制，基准的高低用来确定AGC控制能力，而射极输出器直接控制增益的大小；信号通过输入的差分结构放大后进入输出放大区，由四个三极管Q13、Q14、Q15、Q16构成，中频放大器L1590的5脚和6脚差分输出，输出三极管Q14和Q15集电极开路输出方式，需上拉电阻。

3.根据权利要求2所述的激光接收器用脉冲放大处理器，其特征在于：所述耦合电容C6的容值确定为200PF，输出端上拉电阻R10确定为1K，此时能输出最大的电压增益。

4.根据权利要求1所述的激光接收器用脉冲放大处理器，其特征在于：所述整形电路(5)采用二输入四与非斯密特触发器74LS132，其是具有斯密特触发功能的门电路；该74LS132的1、2脚为输入脚，3脚为输出脚，2脚和3脚连接电阻R4，2脚对地连接电容C1。

5.根据权利要求4所述的激光接收器用脉冲放大处理器，其特征在于：为了使得输出的负脉冲宽度为140ns，电阻R4阻值采用510Ω，电容C1的容值为100PF。