CN107271987A - 基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路 - Google Patents

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钱惟贤
高青松
顾国华
陈钱
杨锦清
李之秀
蔡贵霞
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Abstract

本发明公开一种基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路，包括一级放大芯片、二级放大芯片，还包括后极与‑150V电源相连、前极与一级放大芯片的2号端口相连的雪崩光电二极管(APD)；一级放大芯片的6号端口通过串联的一级输出电阻(Rs)和二级输入电阻(Ri1)，与二级放大芯片的2号端口相连；二级放大芯片的1号端口通过第一输出电阻(Ro1)与输出地端(OUT N)相连，所述二级放大芯片的7号端口通过第二输出电阻(Ro2)与输出相端(OUT P)相连。本发明的基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路，带宽宽、增益高，可以大大提高激光测距的精确度。

Description

基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路
技术领域
本发明属于激光测距设备技术领域，特别是一种带宽宽、增益高的基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路。
背景技术
激光测距技术是利用向目标射出一束激光，由光电器件接收目标反射的激光信号，计算其飞行时间或者测量其相位差来计算从观测者到目标的距离。激光测距技术有着非接触测量、高精度、昼夜可用的特点。激光测距系统中，接收部分的放大电路的噪声、带宽和增益等性能都关系着最终激光测距的精度。
现有激光测距系统接收部分的放大电路如图1所示。包括采用OPA657芯片的一级放大电路和二级放大电路，一、二级放大电路之间以隔直电容相连，二级放大电路的输出端与三极管的基极相连。信号经过第一级放大之后使用电容隔直，使用R41和R43提供直流偏置后送入第二级电路中作为输入信号。第二级采取的是射级跟随器设计，输出信号进入三极管中驱动LD发出调制激光信号。该电路的一级和二级都是采用OPA657芯片，该芯片的特点是：高增益带宽积是1.6GHZ；输入电压噪声密度是压摆率为3300V/us；当第二级反馈电阻(增益电阻)为20KHZ时OPA657的-3dB带宽在35MHZ左右。
因此，现有技术存在的问题是：激光测距放大电路带宽较窄，增益较低，对一级输出的大信号而言转换速率较慢，影响了激光测距的精确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路，带宽宽、增益高。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路，包括一级放大芯片、二级放大芯片，还包括雪崩光电二极管APD，所述雪崩光电二极管APD的后极与-150V电源相连，其前极与一级放大芯片的2号端口相连；
还包括一端接地、另一端与一级放大芯片的3号端口相连的第一接地电容Cc1、第二接地电容Cc2和接地电阻RC；
还包括一端接地、另一端与一级放大芯片的4号端口相连的第三滤波电容Cb3和第四滤波电容Cb4，所述一级放大芯片的4号端口还与-5V电压相连；
所述一级放大芯片的2号端口与6号端口之间还串联一级反馈电阻Rf；
还包括一端接地、另一端与+5V电压相连的第二滤波电容Cb2和第一滤波电容Cb1；
所述一级放大芯片的7号端口也与+5V电压相连；
所述一级放大芯片的6号端口通过串联的一级输出电阻(Rs)和二级输入电阻(Ri1)，与二级放大芯片的2号端口相连；
所述二级放大芯片的2号端口与其1号端口之间串联第一二级反馈电阻Rfb1；
所述二级放大芯片的1号端口通过第一输出电阻(Ro1)与输出地端OUT N相连，还包括第一优化电阻Ropt1，其一端接地，另一端接在第一输出电阻(Ro1)与输出地端OUT N之间；
还包括一端接地、另一端接5V电源的第五滤波电容Cb5，所述二级放大芯片的4号端口也与5V电源相连；
所述二级放大芯片的6号端口通过依次串联的二级输入电阻Ri2和平衡电阻Rs1接地；
所述二级放大芯片的6号端口与其7号端口之间串联第二二级反馈电阻Rfb2；
所述二级放大芯片的7号端口通过第二输出电阻(Ro2)与输出相端OUT P相连，还包括第二优化电阻Ropt2，其一端接地，另一端接在第二输出电阻(Ro2)与输出相端OUT P之间；
所述二级放大芯片的9号端口通过第七滤波电容Cb7与其8号端口相连并接地，二级放大芯片的9号端口通过第六滤波电容Cb6与其10号端口相连并接地。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
带宽高、增益高，可以大大的提高激光测距的精确度，对一级输出的大信号而言转换速率非常快。现有的电路一级主芯片OPA657与本发明的电路一级主芯片OPA847相对比：OPA657的高增益带宽积是1.6GHZ；输入电压等噪声密度是而OPA847的高增益带宽积是3.9GHZ；输入电压等噪声密度是当二级反馈电阻增益电阻为20KHZ时，OPA675的-3dB带宽在35MHZ左右，而OPA847的-3dB带宽在55MHZ左右，所以本电路的带宽更高，所以增益高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为现有技术激光测距系统接收部分的放大电路的电路图。
图2为本发明基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路的电路图。
图中，雪崩光电二极管APD，第一滤波电容Cb1，第二滤波电容Cb2，第三滤波电容Cb3，第四滤波电容Cb4，第五滤波电容Cb5，第六滤波电容Cb6，第七滤波电容Cb7，一级反馈电阻Rf，第一二级反馈电阻Rfb1，第二二级反馈电阻Rfb2，第二接地电容Cc2，第一接地电容Cc1，接地电阻RC。
具体实施方式
如图2所示，本发明基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路，包括一级放大芯片、二级放大芯片，还包括雪崩光电二极管APD，所述雪崩光电二极管APD的后极与-150V电源相连，其前极与一级放大芯片的2号端口相连；
还包括一端接地、另一端与一级放大芯片的3号端口相连的第一接地电容Cc1、第二接地电容Cc2和接地电阻RC；
还包括一端接地、另一端与一级放大芯片的4号端口相连的第三滤波电容Cb3和第四滤波电容Cb4，所述一级放大芯片的4号端口还与-5V电压相连；
所述一级放大芯片的2号端口与6号端口之间还串联一级反馈电阻Rf；
还包括一端接地、另一端与+5V电压相连的第二滤波电容Cb2和第一滤波电容Cb1；
所述一级放大芯片的7号端口也与+5V电压相连；
所述一级放大芯片的6号端口通过串联的一级输出电阻(Rs)和二级输入电阻(Ri1)，与二级放大芯片的2号端口相连；
所述二级放大芯片的2号端口与其1号端口之间串联第一二级反馈电阻Rfb1；
所述二级放大芯片的1号端口通过第一输出电阻(Ro1)与输出地端OUT N相连，还包括第一优化电阻Ropt1，其一端接地，另一端接在第一输出电阻(Ro1)与输出地端OUT N之间；
还包括一端接地、另一端接5V电源的第五滤波电容Cb5，所述二级放大芯片的4号端口也与5V电源相连；
所述二级放大芯片的6号端口通过依次串联的二级输入电阻Ri2和平衡电阻Rs1接地；
所述二级放大芯片的6号端口与其7号端口之间串联第二二级反馈电阻Rfb2；
所述二级放大芯片的7号端口通过第二输出电阻(Ro2)与输出相端OUT P相连，还包括第二优化电阻Ropt2，其一端接地，另一端接在第二输出电阻(Ro2)与输出相端OUT P之间；
所述二级放大芯片的9号端口通过第七滤波电容Cb7与其8号端口相连并接地，二级放大芯片的9号端口通过第六滤波电容Cb6与其10号端口相连并接地。
优选地，所述一级放大芯片为OPA847。其包括8个端口。其5号端口和8号端口悬空。一级放大芯片OPA847的高增益带宽积是3.9GHZ；输入电压等噪声密度是当二级反馈电阻增益电阻为20KHZ时，OPA847的-3dB带宽在55MHZ左右。
优选地，所述二级放大芯片为LTC6409。其包括10个端口。其3号端口悬空。
优选地，所述第一滤波电容Cb1为10uF，第二滤波电容Cb2为0.1uF，第三滤波电容Cb3为10uF，第四滤波电容Cb4为0.1uF，第五滤波电容Cb5为0.1uF，第六滤波电容Cb6为0.1uF，第七滤波电容Cb7为0.1uF。
优选地，所述一级反馈电阻Rf为12K，第一二级反馈电阻Rfb1为10K，第二二级反馈电阻Rfb2为10K。
优选地，所述第二接地电容Cc2为100pF，第一接地电容Cc1为0.1uF，接地电阻RC为12K。
本发明的工作原理如下：
首先将仪器对准目标，启动发射单元。激光脉冲通过发射光学系统准直后射向瞄准的目标。同时，初始化后的计时单元开始计时。激光脉冲由目标漫反射后经过激光接收模块的光学系统聚焦至APD光敏面上，最后进入接收信号处理电路中，作为计时单元的结束信号。雪崩二极管(APD)将回波光信号转换成电流信号；一级放大器将电流信号低噪声转换成电压信号，并进行一定的放大；二级放大器将电压信号放大到需要的幅值输入给时刻鉴别电路；时刻鉴别电路判别出接收到回波的时刻，并将时刻信号传递给控制处理板。计时部分可得出激光脉冲的飞行时间，通过公式计算可计算出目标的绝对距离值。

Claims (6)

1.一种基于雪崩光电二极管的激光测距放大电路，包括一级放大芯片、二级放大芯片，其特征在于：
还包括雪崩光电二极管(APD)，所述雪崩光电二极管(APD)的后极与-150V电源相连，其前极与一级放大芯片的2号端口相连；
还包括一端接地、另一端与一级放大芯片的3号端口相连的第一接地电容(Cc1)、第二接地电容(Cc2)和接地电阻(RC)；
还包括一端接地、另一端与一级放大芯片的4号端口相连的第三滤波电容(Cb3)和第四滤波电容(Cb4)，所述一级放大芯片的4号端口还与-5V电压相连；
所述一级放大芯片的2号端口与6号端口之间还串联一级反馈电阻(Rf)；
还包括一端接地、另一端与+5V电压相连的第二滤波电容(Cb2)和第一滤波电容(Cb1)；
所述一级放大芯片的7号端口也与+5V电压相连；
所述一级放大芯片的6号端口通过串联的一级输出电阻(Rs)和二级输入电阻(Ri1)，与二级放大芯片的2号端口相连；
所述二级放大芯片的2号端口与其1号端口之间串联第一二级反馈电阻(Rfb1)；
所述二级放大芯片的1号端口通过第一输出电阻(Ro1)与输出地端(OUT N)相连，还包括第一优化电阻(Ropt1)，其一端接地，另一端接在第一输出电阻(Ro1)与输出地端(OUT N)之间；
还包括一端接地、另一端接5V电源的第五滤波电容(Cb5)，所述二级放大芯片的4号端口也与5V电源相连；
所述二级放大芯片的6号端口通过依次串联的二级输入电阻(Ri2)和平衡电阻(Rs1)接地；
所述二级放大芯片的6号端口与其7号端口之间串联第二二级反馈电阻(Rfb2)；
所述二级放大芯片的7号端口通过第二输出电阻(Ro2)与输出相端(OUT P)相连，还包括第二优化电阻(Ropt2)，其一端接地，另一端接在第二输出电阻(Ro2)与输出相端(OUT P)之间；
所述二级放大芯片的9号端口通过第七滤波电容(Cb7)与其8号端口相连并接地，二级放大芯片的9号端口通过第六滤波电容(Cb6)与其10号端口相连并接地。
2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述一级放大芯片为OPA847。
3.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述二级放大芯片为LTC6409。
4.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述第一滤波电容(Cb1)为10uF，第二滤波电容(Cb2)为0.1uF，第三滤波电容(Cb3)为10uF，第四滤波电容(Cb4)为0.1uF，第五滤波电容(Cb5)为0.1uF，第六滤波电容(Cb6)为0.1uF，第七滤波电容(Cb7)为0.1uF。
5.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述一级反馈电阻(Rf)为12K，第一二级反馈电阻(Rfb1)为10K，第二二级反馈电阻(Rfb2)为10K。
6.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于：所述第二接地电容(Cc2)为100pF，第一接地电容(Cc1)为0.1uF，接地电阻(RC)为12K。
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