CN106817101A - 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器 - Google Patents

具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器 Download PDF

Info

Publication number
CN106817101A
CN106817101A CN201710154862.3A CN201710154862A CN106817101A CN 106817101 A CN106817101 A CN 106817101A CN 201710154862 A CN201710154862 A CN 201710154862A CN 106817101 A CN106817101 A CN 106817101A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
voltage
amplifier
level
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710154862.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106817101B (zh
Inventor
郑浩
刘延飞
田琦
王秋妍
杨东东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rocket Force University of Engineering of PLA
Original Assignee
Rocket Force University of Engineering of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rocket Force University of Engineering of PLA filed Critical Rocket Force University of Engineering of PLA
Priority to CN201710154862.3A priority Critical patent/CN106817101B/zh
Publication of CN106817101A publication Critical patent/CN106817101A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106817101B publication Critical patent/CN106817101B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/68—Combinations of amplifiers, e.g. multi-channel amplifiers for stereophonics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/693—Arrangements for optimizing the preamplifier in the receiver
    • H04B10/6931—Automatic gain control of the preamplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器和信号处理单元，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元相接且用于控制三组开关器工作的幅度检测器。本发明还公开了一种光接收器，包括跨阻放大器和与跨阻预放大器输入端相接的光电转换器模块。本发明还公开了一种接收并放大光信号的方法，该方法包括以下步骤：一、光电转换；二、利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号：电信号一级放大；电压信号比较并选择开关器组；信号缓冲及信号处理。本发明可根据输入信号强弱选择信号放大级数，即可满足微弱电信号的灵敏度要求，又可避免大输入电信号过载的问题。

Description

具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器。
背景技术
激光成像系统中，其回波光学接收模块是接收回波信号并把光学信号转换为电信号，激光探测成像接收系统的灵敏度取决于采用的探测技术和探测器件的灵敏度，其整体性能和探测器的输出噪声及输出信噪比密切相关。在3D成像激光雷达接收模块中，为获取回波脉冲的强度信息，通常采用线性工作模式APD探测回波脉冲光电流，接收器模块模拟前端跨阻放大器用于将回波脉冲光电流转换为电压信号，且具有线性跨阻增益值，故雷达接收器的输出电压与输入光功率成线性比例。由于受目标距离，反射率，大气传输等影响，回波脉冲的幅度变化范围大，故要求接收器模拟前端跨阻放大器具有既能够处理小微弱电流信号，又能处理大电流信号，即跨阻放大器要能够处理足够大动态范围的输入电流信号。现有跨阻增益多为固定恒定的值，若跨阻放大器的跨阻增益值太大，能够满足低输入光功率即微弱电流信号的灵敏度要求，但当输入光功率过大时，跨阻放大器会过载；另一方面，如果跨阻放大器增益值小，满足大输入光功率的过载要求，但当输入光功率小时，导致跨阻放大器的灵敏度降低，甚至不能检测到回波脉冲信号。因此，可以看到，成像激光雷达接收器模拟前端跨阻放大器的跨阻增益值设置与输入信号动态范围存在设计困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其设计四级放大器，通过幅度检测器检测跨阻预放大器一级放大信号强弱，进而选通对应开关器组，使跨阻放大器在大输入电流信号时不饱和或不过载，在低输入电流信号时，具有足够高灵敏度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器和信号处理单元，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元相接且用于控制所述三组开关器工作的幅度检测器，其中，所述四级放大器包括依次串联的跨阻预放大器、单端输入转差分输出电路、固定增益放大器一和固定增益放大器二，用于放大输入电流信号并将放大的输入电流信号转换为电压信号；
输出缓冲器，用于将所述四级放大器输出的电压信号暂存；
所述三组开关器包括开关器组一、开关器组二和开关器组三，开关器组一，用于选通跨阻预放大器一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至输出缓冲器；开关器组二，用于选通经跨阻预放大器、单端输入转差分输出电路和固定增益放大器一三级放大信号，并将所述三级放大信号传输至输出缓冲器；开关器组三，用于选通所述四级放大器四级放大信号，并将所述四级放大信号传输至输出缓冲器；
幅度检测器，用于检测跨阻预放大器一级放大信号的电压幅度，将跨阻预放大器一级放大信号的电压幅度转换为数字信号传输至信号处理单元，并控制开关器组一、开关器组二或开关器组三选通；
信号处理单元，用于接收幅度检测器输出的数字信号和输出缓冲器输出的电压信号，并对该电压信号进行处理。
上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述跨阻预放大器包括伪反相器一以及并联在伪反相器一的输入端和输出端之间的反馈元件一。
上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述单端输入转差分输出电路包括差分放大电路和与差分放大电路的反相输入端相接的基准放大器，差分放大电路的同相输入端与跨阻预放大器的输出端相接，基准放大器包括伪反相器二以及并联在伪反相器二的输入端和输出端之间的反馈元件二。
上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述反馈元件一和反馈元件二均为电阻器或者电容器与电阻器的并联组件。
上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述固定增益放大器一和固定增益放大器二均为全差分放大电路。
上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述幅度检测器包括具有一个输入端和两个输出端的阈值产生电路以及具有两个输入端和三个输出端的逻辑电路，阈值产生电路通过电压比较器一和电压比较器二与逻辑电路连接，阈值产生电路的输入端与基准放大器的输出端相接，阈值产生电路的一个输出端与电压比较器一的反相输入端相接，阈值产生电路的另一个输出端与电压比较器二的反相输入端相接，电压比较器一的同相输入端和电压比较器二的同相输入端均与跨阻预放大器的输出端相接，电压比较器一的输出端与逻辑电路的一个输入端相接，电压比较器二的输出端与逻辑电路的另一个输入端相接，开关器组一、开关器组二或开关器组三分别由逻辑电路的三个输出端控制；所述阈值产生电路的一个输出端输出的电压阈值Vref1小于阈值产生电路的另一个输出端输出的电压阈值Vref2。
本发明还提供了一种光接收器，通过该光接收器，获取目标表面所反射回来的光辐射强度，根据实际的光辐射强度可以选择不同的信号放大等级，进而获取目标表面信息，应用范围广。
为实现上述目的，本发明光接收器采用的技术方案是：一种光接收器，其特征在于，包括：上述的跨阻放大器和与跨阻预放大器输入端相接的光电转换器模块。
上述的光接收器，其特征在于：所述光电转换器模块为光电二极管APD，用于将光信号转换为电流信号。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单，可自动检测光输入信号，并对输入的光信号进行光电转换，在利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号的接收并放大光信号的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、光电转换：采用光电转换器模块接收光信号，并将该光信号转换为电信号，所述电信号为电流信号；
步骤二、利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号，过程如下：
步骤201、电信号一级放大：采用跨阻预放大器对步骤一中的电流信号进行一级放大，并对一级放大后的电流信号进行电压转换，得到一级放大后的电信号的电压值Vout11；
步骤202、电压信号比较并选择开关器组：将一级放大后的电信号的电压值Vout11同时输入至电压比较器一的同相输入端和电压比较器二的同相输入端进行电压比较，当Vout11>Vref2时，逻辑电路控制开关器组一选通同时开关器组二和开关器组三断开，实现电压信号一级放大；当Vref1<Vout11<Vref2时，逻辑电路控制开关器组二选通同时开关器组一和开关器组三断开，实现电压信号三级放大；当Vout11<Vref1时，逻辑电路控制开关器组三选通同时开关器组一和开关器组二断开，实现电压信号四级放大；其中，Vref1为阈值产生电路的一个输出端输出的电压阈值，Vref2为阈值产生电路的另一个输出端输出的电压阈值；
步骤203、信号缓冲及信号处理：将步骤202中输出的电压放大信号传输至输出缓冲器进行信号暂存后传输至信号处理单元，得到最终等效输出电压。
上述的方法，其特征在于：步骤203中信号处理单元通过数模转换将模拟电压信号转换为数字信号，并接收幅度检测器传输的数字位对所述数字信号进行加权计算，获得最终等效输出电压。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明跨阻放大器采用四级放大器对输入的电流信号进行逐级的放大，通过跨阻预放大器进行信号一级放大并电流电压转换，采用幅度检测器对该一级放大信号幅值进行检测，根据实际信号强度选择三组开关器中的一组开关器工作，实现输入信号合理放大，满足输出电压信号幅度与输入电流信号幅度成线性关系，便于推广使用。
2、本发明光接收器获取目标表面所反射回来的光辐射强度，采用光电转换器模块对光信号进行接收处理，得到跨阻放大器可处理的电流信号，可靠稳定，使用效果好。
3、本发明采用的接收并放大光信号的方法，步骤简单，通过幅度检测器设置两个大小不同的电压阈值，形成三段电压范围，根据三段电压范围控制三组开关器不同的闭合状态，导通输出缓冲器，在通过信号处理单元将模拟电压信号转换为数字电压信号，即可满足微弱电信号的灵敏度要求，又可避免大输入电信号过载的问题。
综上所述，本发明设计新颖合理，可根据输入信号强弱选择信号放大级数，即可满足微弱电信号的灵敏度要求，又可避免大输入电信号过载的问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明光接收器的电路原理框图。
图2为本发明光电转换器模块与四级放大器的电路连接关系示意图。
图3为本发明幅度检测器的电路原理图。
图4为本发明输出缓冲器与三组开关器的电路连接关系示意图。
图5为本发明跨阻预放大器的电路原理图。
图6为本发明基准放大器的电路原理图。
图7为本发明接收并放大光信号方法的流程框图。
附图标记说明:
1—光电转换器模块； 2—跨阻预放大器； 2-1—伪反相器一；
2-2—反馈元件一； 3—幅度检测器； 3-1—阈值产生电路；
3-2—电压比较器二； 3-3—电压比较器一； 3-4—逻辑电路；
4—单端输入转差分输出电路； 4-1—差分放大电路；
4-2—基准放大器； 4-2-1—伪反相器二； 4-2-2—反馈元件二；
5—固定增益放大器一； 6—固定增益放大器二； 7—开关器组一；
8—开关器组二； 9—开关器组三； 10—输出缓冲器；
11—信号处理单元。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器10和信号处理单元11，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元11相接且用于控制所述三组开关器工作的幅度检测器3，其中，
所述四级放大器包括依次串联的跨阻预放大器2、单端输入转差分输出电路4、固定增益放大器一5和固定增益放大器二6，用于放大输入电流信号并将放大的输入电流信号转换为电压信号；
输出缓冲器10，用于将所述四级放大器输出的电压信号暂存；
所述三组开关器包括开关器组一7、开关器组二8和开关器组三9，开关器组一7，用于选通跨阻预放大器2一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至输出缓冲器10；开关器组二8，用于选通经跨阻预放大器2、单端输入转差分输出电路4和固定增益放大器一5三级放大信号，并将所述三级放大信号传输至输出缓冲器10；开关器组三9，用于选通所述四级放大器四级放大信号，并将所述四级放大信号传输至输出缓冲器10；
幅度检测器3，用于检测跨阻预放大器2一级放大信号的电压幅度，将跨阻预放大器2一级放大信号的电压幅度转换为数字信号传输至信号处理单元11，并控制开关器组一7、开关器组二8或开关器组三9选通；
信号处理单元11，用于接收幅度检测器3输出的数字信号和输出缓冲器10输出的电压信号，并对该电压信号进行处理。
如图5所示，本实施例中，所述跨阻预放大器2包括伪反相器一2-1以及并联在伪反相器一2-1的输入端和输出端之间的反馈元件一2-2。
本实施例中，伪反相器一2-1由PMOS器件MP1和NMOS器件MN1构成，反馈元件一2-2并联在伪反相器一2-1的输入端和输出端之间是为了将输入的微弱电流信号放大并在跨阻放大器2的输出端输出电压信号，伪反相器一2-1的输出端Vout11为PMOS器件MP1的漏极和NMOS器件MN1的漏极的连接端。
如图2和图6所示，本实施例中，所述单端输入转差分输出电路4包括差分放大电路4-1和与差分放大电路4-1的反相输入端相接的基准放大器4-2，差分放大电路4-1的同相输入端与跨阻预放大器2的输出端相接，基准放大器4-2包括伪反相器二4-2-1以及并联在伪反相器二4-2-2的输入端和输出端之间的反馈元件二4-2-2。
基准放大器4-2与跨阻预放大器2采用电路结构与器件参数相同的电路且由PMOS器件MP2和NMOS器件MN2构成，目的是为了实现单端信号转差分信号；实际使用中，基准放大器4-2为伪反相器放大电路且为固定增益放大器一5提供差分放大的共模电压，伪反相器二4-2-1的输出端Vout12为PMOS器件MP2的漏极和NMOS器件MN2的漏极的连接端。
本实施例中，所述反馈元件一2-2和反馈元件二4-2-2均为电阻器或者电容器与电阻器的并联组件。
反馈元件一2-2和反馈元件二4-2-2均为电阻器时，电阻器在电路中的目的是限制放大倍数，现有运放其有效增益较大，若不对增益进行限制，运放很容易就进入锁死状态，通过电阻器为跨阻预放大器2和基准放大器4-2确定一个确定的放大倍数。
反馈元件一2-2和反馈元件二4-2-2均为电容器与电阻器的并联组件时，具备限制放大倍数的同时可减小高频增益，滤除杂波波，抗干扰。
如图2所示，本实施例中，所述固定增益放大器一5和固定增益放大器二6均为全差分放大电路。
固定增益放大器一5和固定增益放大器二6均为双输入双输出的固定电压增益放大器，采用其输出电压幅度与输入电压幅度之比获取电压增益数值，电压增益可根据具体激光成像系统进行设计，固定增益放大器一5和固定增益放大器二6的设置是为了使跨阻放大器获得的等效输出电压与跨阻放大器的输入电流信号成线性比例关系。
如图3所示，本实施例中，所述幅度检测器3包括具有一个输入端和两个输出端的阈值产生电路3-1以及具有两个输入端和三个输出端的逻辑电路3-4，阈值产生电路3-1通过电压比较器一3-3和电压比较器二3-2与逻辑电路3-4连接，阈值产生电路3-1的输入端与基准放大器4-2的输出端相接，阈值产生电路3-1的一个输出端与电压比较器一3-3的反相输入端相接，阈值产生电路3-1的另一个输出端与电压比较器二3-2的反相输入端相接，电压比较器一3-3的同相输入端和电压比较器二3-2的同相输入端均与跨阻预放大器2的输出端相接，电压比较器一3-3的输出端与逻辑电路3-4的一个输入端相接，电压比较器二3-2的输出端与逻辑电路3-4的另一个输入端相接，开关器组一7、开关器组二8或开关器组三9分别由逻辑电路3-4的三个输出端控制；所述阈值产生电路3-1的一个输出端输出的电压阈值Vref1小于阈值产生电路3-1的另一个输出端输出的电压阈值Vref2。
如图4所示，实际使用中，阈值产生电路3-1的设置是为了输出电压阈值Vref1和电压阈值Vref2，电压阈值Vref1作为电压比较器一3-3的反相输入端的输入电压，电压阈值Vref2作为电压比较器二3-2的反相输入端的输入电压，其中，Vref1<Vref2，阈值产生电路3-1的输入共模电压为基准放大器4-2的输出电压，当Vout11>Vref2时，电压比较器二3-2输出低电平，电压比较器一3-3输出低电平，使逻辑电路3-4输出S1为高电平，且S2和S3为低电平；当Vref1<Vout11<Vref2时，电压比较器二3-2输出高电平，电压比较器一3-3输出低电平，使逻辑电路3-4输出S2为高电平，且S1和S3为低电平；当Vout11<Vref1时，电压比较器二3-2输出高电平，电压比较器一3-3输出高电平，使逻辑电路3-4输出S3为高电平，且S1和S2为低电平。
开关器组一7、开关器组二8或开关器组三9分别由逻辑电路3-4的三个输出端控制且为高电平触发，当Vout11>Vref2时，逻辑电路3-4输出S1为高电平，且S2和S3为低电平，开关器组一7被触发接通，跨阻预放大器2一级信号放大后经输出缓冲器10暂存输出，实现输入电流信号一级放大；当Vref1<Vout11<Vref2时，逻辑电路3-4输出S2为高电平，且S1和S3为低电平，开关器组二8被触发接通，跨阻预放大器2、单端输入转差分输出电路4和固定增益放大器一5三级信号放大后经输出缓冲器10暂存输出，实现输入电流信号三级放大；当Vout11<Vref1时，逻辑电路3-4输出S3为高电平，且S1和S2为低电平，跨阻预放大器2、单端输入转差分输出电路4、固定增益放大器一5和固定增益放大器二6四级信号放大后经输出缓冲器10暂存输出，实现输入电流信号四级放大。
输出缓冲器10由晶体管MN11和MN12构成差分输入端，电阻RP1和RP2作为匹配电阻器，NMOS晶体管MN10为差分输入晶体管MN11和MN12提供偏置电流源；实际使用中，开关器组一7为控制型开关组TG1，控制型开关组TG1由控制型开关TG11和控制型开关TG12构成，其中，控制型开关TG11的输入端连接伪反相器一2-1的输出端Vout11，输出端连接至输出缓冲器10的输入晶体管MN11的栅极，控制型开关TG12的输入端连接伪反相器二4-2-1的输出端Vout12，输出端连接至输出缓冲器10的输入晶体管MN12的栅极，控制型开关TG11和控制型开关TG12控制端均连接逻辑电路3-4的输出S1信号；开关器组二8为控制型开关组TG2，控制型开关组TG2由控制型开关TG21和控制型开关TG22构成，其中，控制型开关TG21的输入端连接固定增益放大器一5的第一输出端Vout21，输出端连接至输出缓冲器10的输入晶体管MN11的栅极，控制型开关TG22的输入端连接固定增益放大器一5的第二输出端Vout22，输出端连接至输出缓冲器10的输入晶体管MN12的栅极，控制型开关TG21和控制型开关TG22控制端均连接逻辑电路3-4的输出S2信号；开关器组三9为控制型开关组TG3，控制型开关组TG3由控制型开关TG31和控制型开关TG32构成，其中，控制型开关TG31的输入端连接固定增益放大器二6的第一输出端Vout31，输出端连接至输出缓冲器10的输入晶体管MN11的栅极，控制型开关TG32的输入端连接固定增益放大器二6的第二输出端Vout32，输出端连接至输出缓冲器10的输入晶体管MN12的栅极，控制型开关TG31和控制型开关TG32控制端均连接逻辑电路3-4的输出S3信号。
如图1所示的一种光接收器，包括本发明所述的跨阻放大器，和与跨阻预放大器2输入端相接的光电转换器模块1。
本实施例中，所述光电转换器模块1为光电二极管APD，用于将光信号转换为电流信号。
光电转换器模块1的设置是为了把接收的光信号转换为电流信号，光电转换器模块1选用光电二极管APD，其中，优选的光电二极管APD选用雪崩光电二极管，雪崩光电二极管具有带宽高、噪声小、动态范围大，电流增益可靠性好，雪崩光电二极管工作于线性模式，可反应目标表面所反射回来的光辐射强度，在激光成像系统中，根据目标表面所反射回来的光辐射强度即强度信息反映图像中像素的灰度，提高了图像中各像素的辨识度，有利于目标的识别。
如图7所示的一种接收并放大光信号的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、光电转换：采用光电转换器模块1接收光信号，并将该光信号转换为电信号，所述电信号为电流信号；
步骤二、利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号，过程如下：
步骤201、电信号一级放大：采用跨阻预放大器2对步骤一中的电流信号进行一级放大，并对一级放大后的电流信号进行电压转换，得到一级放大后的电信号的电压值Vout11；
步骤202、电压信号比较并选择开关器组：将一级放大后的电信号的电压值Vout11同时输入至电压比较器一3-3的同相输入端和电压比较器二3-2的同相输入端进行电压比较，当Vout11>Vref2时，逻辑电路3-4控制开关器组一7选通同时开关器组二8和开关器组三9断开，实现电压信号一级放大；当Vref1<Vout11<Vref2时，逻辑电路3-4控制开关器组二8选通同时开关器组一7和开关器组三9断开，实现电压信号三级放大；当Vout11<Vref1时，逻辑电路3-4控制开关器组三9选通同时开关器组一7和开关器组二8断开，实现电压信号四级放大；其中，Vref1为阈值产生电路3-1的一个输出端输出的电压阈值，Vref2为阈值产生电路3-1的另一个输出端输出的电压阈值；
可根据输入信号强弱选择信号放大级数，即可满足微弱电信号的灵敏度要求，又可避免大输入电信号过载的问题。
步骤203、信号缓冲及信号处理：将步骤202中输出的电压放大信号传输至输出缓冲器10进行信号暂存后传输至信号处理单元11，得到最终等效输出电压。
本实施例中，步骤203中信号处理单元11通过数模转换将模拟电压信号转换为数字信号，并接收幅度检测器3传输的数字位对所述数字信号进行加权计算，获得最终等效输出电压。
本实施例中，接收并放大光信号的方法能够实时将输入的光信号采用光电转换器模块1转换为电信号，该电信号为微弱的电流信号，采用跨阻预放大器2将该微弱的电流信号一级放大并电压转换，同时输入至幅度检测器3进行信号强弱检测，幅度检测器3输出两个电压阈值，形成三段电压范围，该三段电压范围包括高阶段电压范围、中阶段电压范围和低阶段电压范围，当一级放大后的电压值处于高阶段电压范围内时，幅度检测器3驱动控制型开关组TG1导通，一级放大后的电压值直接传输至输出缓冲器10，避免跨阻放大器饱和或过载；当一级放大后的电压值处于中阶段电压范围内时，幅度检测器3驱动控制型开关组TG2导通，一级放大后的电压值经单端输入转差分输出电路4和固定增益放大器一5两级放大，形成三级放大信号传输至输出缓冲器10，使输入信号有效放大；当一级放大后的电压值处于低阶段电压范围内时，幅度检测器3驱动控制型开关组TG3导通，一级放大后的电压值经单端输入转差分输出电路4、固定增益放大器一5和固定增益放大器二6三级放大，形成四级放大信号传输至输出缓冲器10，满足微弱电信号的灵敏度要求；输出缓冲器10将放大后的电信号传输至信号处理单元11输出最终等效输出电压，使用效果好。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器(10)和信号处理单元(11)，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元(11)相接且用于控制所述三组开关器工作的幅度检测器(3)，其中，
所述四级放大器包括依次串联的跨阻预放大器(2)、单端输入转差分输出电路(4)、固定增益放大器一(5)和固定增益放大器二(6)，用于放大输入电流信号并将放大的输入电流信号转换为电压信号；
输出缓冲器(10)，用于将所述四级放大器输出的电压信号暂存；
所述三组开关器包括开关器组一(7)、开关器组二(8)和开关器组三(9)，开关器组一(7)，用于选通跨阻预放大器(2)一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至输出缓冲器(10)；开关器组二(8)，用于选通经跨阻预放大器(2)、单端输入转差分输出电路(4)和固定增益放大器一(5)三级放大信号，并将所述三级放大信号传输至输出缓冲器(10)；开关器组三(9)，用于选通所述四级放大器四级放大信号，并将所述四级放大信号传输至输出缓冲器(10)；
幅度检测器(3)，用于检测跨阻预放大器(2)一级放大信号的电压幅度，将跨阻预放大器(2)一级放大信号的电压幅度转换为数字信号传输至信号处理单元(11)，并控制开关器组一(7)、开关器组二(8)或开关器组三(9)选通；
信号处理单元(11)，用于接收幅度检测器(3)输出的数字信号和输出缓冲器(10)输出的电压信号，并对该电压信号进行处理。
2.按照权利要求1所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述跨阻预放大器(2)包括伪反相器一(2-1)以及并联在伪反相器一(2-1)的输入端和输出端之间的反馈元件一(2-2)。
3.按照权利要求2所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述单端输入转差分输出电路(4)包括差分放大电路(4-1)和与差分放大电路(4-1)的反相输入端相接的基准放大器(4-2)，差分放大电路(4-1)的同相输入端与跨阻预放大器(2)的输出端相接，基准放大器(4-2)包括伪反相器二(4-2-1)以及并联在伪反相器二(4-2-2)的输入端和输出端之间的反馈元件二(4-2-2)。
4.按照权利要求3所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述反馈元件一(2-2)和反馈元件二(4-2-2)均为电阻器或者电容器与电阻器的并联组件。
5.按照权利要求3所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述固定增益放大器一(5)和固定增益放大器二(6)均为全差分放大电路。
6.按照权利要求3所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述幅度检测器(3)包括具有一个输入端和两个输出端的阈值产生电路(3-1)以及具有两个输入端和三个输出端的逻辑电路(3-4)，阈值产生电路(3-1)通过电压比较器一(3-3)和电压比较器二(3-2)与逻辑电路(3-4)连接，阈值产生电路(3-1)的输入端与基准放大器(4-2)的输出端相接，阈值产生电路(3-1)的一个输出端与电压比较器一(3-3)的反相输入端相接，阈值产生电路(3-1)的另一个输出端与电压比较器二(3-2)的反相输入端相接，电压比较器一(3-3)的同相输入端和电压比较器二(3-2)的同相输入端均与跨阻预放大器(2)的输出端相接，电压比较器一(3-3)的输出端与逻辑电路(3-4)的一个输入端相接，电压比较器二(3-2)的输出端与逻辑电路(3-4)的另一个输入端相接，开关器组一(7)、开关器组二(8)或开关器组三(9)分别由逻辑电路(3-4)的三个输出端控制；所述阈值产生电路(3-1)的一个输出端输出的电压阈值Vref1小于阈值产生电路(3-1)的另一个输出端输出的电压阈值Vref2。
7.一种光接收器，其特征在于：包括如权利要求1-6中任一权利要求所述的跨阻放大器，和与跨阻预放大器(2)输入端相接的光电转换器模块(1)。
8.按照权利要求7所述的光接收器，其特征在于：所述光电转换器模块(1)为光电二极管APD，用于将光信号转换为电流信号。
9.一种接收并放大光信号的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、光电转换：采用光电转换器模块(1)接收光信号，并将该光信号转换为电信号，所述电信号为电流信号；
步骤二、利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号，过程如下：
步骤201、电信号一级放大：采用跨阻预放大器(2)对步骤一中的电流信号进行一级放大，并对一级放大后的电流信号进行电压转换，得到一级放大后的电信号的电压值Vout11；
步骤202、电压信号比较并选择开关器组：将一级放大后的电信号的电压值Vout11同时输入至电压比较器一(3-3)的同相输入端和电压比较器二(3-2)的同相输入端进行电压比较，当Vout11>Vref2时，逻辑电路(3-4)控制开关器组一(7)选通同时开关器组二(8)和开关器组三(9)断开，实现电压信号一级放大；当Vref1<Vout11<Vref2时，逻辑电路(3-4)控制开关器组二(8)选通同时开关器组一(7)和开关器组三(9)断开，实现电压信号三级放大；当Vout11<Vref1时，逻辑电路(3-4)控制开关器组三(9)选通同时开关器组一(7)和开关器组二(8)断开，实现电压信号四级放大；其中，Vref1为阈值产生电路(3-1)的一个输出端输出的电压阈值，Vref2为阈值产生电路(3-1)的另一个输出端输出的电压阈值；
步骤203、信号缓冲及信号处理：将步骤202中输出的电压放大信号传输至输出缓冲器(10)进行信号暂存后传输至信号处理单元(11)，得到最终等效输出电压。
10.按照权利要求9所述的接收并放大光信号的方法，其特征在于：步骤203中信号处理单元(11)通过数模转换将模拟电压信号转换为数字信号，并接收幅度检测器(3)传输的数字位对所述数字信号进行加权计算，获得最终等效输出电压。
CN201710154862.3A 2017-03-15 2017-03-15 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器 Expired - Fee Related CN106817101B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710154862.3A CN106817101B (zh) 2017-03-15 2017-03-15 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710154862.3A CN106817101B (zh) 2017-03-15 2017-03-15 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106817101A true CN106817101A (zh) 2017-06-09
CN106817101B CN106817101B (zh) 2018-03-06

Family

ID=59114839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710154862.3A Expired - Fee Related CN106817101B (zh) 2017-03-15 2017-03-15 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106817101B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107632298A (zh) * 2017-08-14 2018-01-26 中山大学 一种应用于脉冲式激光雷达系统的高灵敏度接收电路
CN107918439A (zh) * 2017-11-08 2018-04-17 西安电子科技大学昆山创新研究院 Apd暗电流补偿模拟前端电路及apd暗电流补偿方法
CN108551365A (zh) * 2018-03-27 2018-09-18 西安理工大学 无线紫外光散射信号自适应接收系统和接收方法
CN108833021A (zh) * 2018-05-29 2018-11-16 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种突发光信号的处理方法、系统、电路及光模块
CN108896979A (zh) * 2018-07-13 2018-11-27 中山大学 一种超宽单射测量范围的脉冲激光雷达接收电路及系统
CN109600122A (zh) * 2018-12-14 2019-04-09 北京倍肯恒业科技发展股份有限公司 可变跨阻放大器电流-电压转换电路
CN110212869A (zh) * 2019-06-10 2019-09-06 成都英思嘉半导体技术有限公司 在光接收机中使用的tia的过载电流校正方法和电路
CN110535534A (zh) * 2019-08-08 2019-12-03 北京炬力北方微电子股份有限公司 光接收器前端及接收光信号的方法
CN112782670A (zh) * 2020-12-30 2021-05-11 中国科学院微电子研究所 一种适用于激光雷达模拟前端的小信号放大电路及芯片
CN112881775A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 广东工业大学 一种低功耗高分辨率电容测量电路
CN114157368A (zh) * 2021-11-24 2022-03-08 华中科技大学 一种雪崩二极管增益快速可切换的突发模式光接收机
CN116165471A (zh) * 2023-04-20 2023-05-26 泉州昆泰芯微电子科技有限公司 一种信号过载监测系统、监测方法及可编程增益放大器
CN117741624A (zh) * 2024-02-21 2024-03-22 成都智明达电子股份有限公司 一种低噪声激光回波前端接收电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068746A1 (en) * 2004-09-30 2006-03-30 Nokia Corporation Direct conversion receiver radio frequency integrated circuit
CN101621283A (zh) * 2009-08-07 2010-01-06 天津泛海科技有限公司 幅度检测自动增益控制电路
CN106059509A (zh) * 2012-04-16 2016-10-26 英飞凌科技股份有限公司 用于放大电容信号源提供的信号的系统和集成电路
CN206611391U (zh) * 2017-03-15 2017-11-03 中国人民解放军火箭军工程大学 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068746A1 (en) * 2004-09-30 2006-03-30 Nokia Corporation Direct conversion receiver radio frequency integrated circuit
CN101621283A (zh) * 2009-08-07 2010-01-06 天津泛海科技有限公司 幅度检测自动增益控制电路
CN106059509A (zh) * 2012-04-16 2016-10-26 英飞凌科技股份有限公司 用于放大电容信号源提供的信号的系统和集成电路
CN206611391U (zh) * 2017-03-15 2017-11-03 中国人民解放军火箭军工程大学 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付生猛等: "《一种宽输入动态范围跨阻放大器的设计》", 《微电子学》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107632298A (zh) * 2017-08-14 2018-01-26 中山大学 一种应用于脉冲式激光雷达系统的高灵敏度接收电路
CN107918439A (zh) * 2017-11-08 2018-04-17 西安电子科技大学昆山创新研究院 Apd暗电流补偿模拟前端电路及apd暗电流补偿方法
CN108551365A (zh) * 2018-03-27 2018-09-18 西安理工大学 无线紫外光散射信号自适应接收系统和接收方法
CN108833021A (zh) * 2018-05-29 2018-11-16 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 一种突发光信号的处理方法、系统、电路及光模块
CN108896979A (zh) * 2018-07-13 2018-11-27 中山大学 一种超宽单射测量范围的脉冲激光雷达接收电路及系统
CN108896979B (zh) * 2018-07-13 2021-09-21 中山大学 一种超宽单射测量范围的脉冲激光雷达接收电路及系统
CN109600122A (zh) * 2018-12-14 2019-04-09 北京倍肯恒业科技发展股份有限公司 可变跨阻放大器电流-电压转换电路
CN110212869B (zh) * 2019-06-10 2021-06-29 成都英思嘉半导体技术有限公司 在光接收机中使用的tia的过载电流校正方法和电路
CN110212869A (zh) * 2019-06-10 2019-09-06 成都英思嘉半导体技术有限公司 在光接收机中使用的tia的过载电流校正方法和电路
CN110535534A (zh) * 2019-08-08 2019-12-03 北京炬力北方微电子股份有限公司 光接收器前端及接收光信号的方法
CN112782670A (zh) * 2020-12-30 2021-05-11 中国科学院微电子研究所 一种适用于激光雷达模拟前端的小信号放大电路及芯片
CN112782670B (zh) * 2020-12-30 2024-07-12 中国科学院微电子研究所 一种适用于激光雷达模拟前端的小信号放大电路及芯片
CN112881775A (zh) * 2021-01-13 2021-06-01 广东工业大学 一种低功耗高分辨率电容测量电路
CN112881775B (zh) * 2021-01-13 2022-06-03 广东工业大学 一种低功耗高分辨率电容测量电路
CN114157368A (zh) * 2021-11-24 2022-03-08 华中科技大学 一种雪崩二极管增益快速可切换的突发模式光接收机
CN116165471A (zh) * 2023-04-20 2023-05-26 泉州昆泰芯微电子科技有限公司 一种信号过载监测系统、监测方法及可编程增益放大器
CN116165471B (zh) * 2023-04-20 2023-07-07 泉州昆泰芯微电子科技有限公司 一种信号过载监测系统、监测方法及可编程增益放大器
CN117741624A (zh) * 2024-02-21 2024-03-22 成都智明达电子股份有限公司 一种低噪声激光回波前端接收电路
CN117741624B (zh) * 2024-02-21 2024-05-24 成都智明达电子股份有限公司 一种低噪声激光回波前端接收电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN106817101B (zh) 2018-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106817101B (zh) 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器
Zheng et al. A linear dynamic range receiver with timing discrimination for pulsed TOF imaging LADAR application
CN102721955B (zh) 2μm相干激光测风雷达系统中平衡式光电探测器
CN102420649A (zh) 光接收机
CN210670069U (zh) 微弱光电信号抗干扰长距离传输系统
CN1759556A (zh) 多输入可变增益放大器
US5773815A (en) Integrate-and-dump receiver for fiber optic transmission
CN206611391U (zh) 具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器
CN105467377A (zh) 一种基于自混频探测器的三维激光成像雷达读出电路
CN110456373A (zh) 激光雷达的接收电路、激光雷达及激光雷达的测距方法
Kurtti et al. Laser radar receiver channel with timing detector based on front end unipolar-to-bipolar pulse shaping
CN104020460A (zh) 一种激光测距系统的回波信号放大电路
CN211348623U (zh) 激光雷达信号降噪装置
CN110346054B (zh) 一种采用微调电阻结构抑制门控尖峰噪声的单光子差分探测电路
CN218673908U (zh) 一种平衡光电探测器
CN101692123A (zh) 微电子机械微波损耗补偿式微波功率检测装置
CN110044479A (zh) 一种基于无时钟电流舵dac结构的硅光电倍增管
CN107817097B (zh) 激光器光检测电路
CN206892340U (zh) 基于激光雷达的时刻鉴别装置及激光雷达
WO2023004610A1 (zh) 激光雷达测距系统
CN113740878B (zh) 用于测风雷达的平衡探测器电路
CN205643697U (zh) 一种基于cmos工艺的高速窄脉冲电流放大器
CN114152336A (zh) 一种用于空间光测量设备的apd信号处理电路
CN110601724B (zh) 微弱光电信号抗干扰长距离传输系统
CN201497775U (zh) 微波功率检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180306