CN107295808A - 用于高温测量的全差分放大 - Google Patents

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Abstract

本公开描述了用于经由对放大区的提高来提高信噪比、增加采样速度并增加高温计的动态范围的系统、方法和装置。特别地，单级非差分放大器可以用增加增益而噪声没有成比例增加的差分放大器电路代替。差分放大器电路可以包括并联设置的一对跨阻抗放大器电路，其从光电检测器接收差分电流并作为响应而产生具有跨导增益的差分电压输出。

Description

用于高温测量的全差分放大
根据35 U.S.C.§119要求优先权
本专利申请对2014年12月23日提交的名称为“USE OF A FULLY-DIFFERENTIALFRONT-END,WITH REVERSE BIAS AND BLIND DETECTION SUPPORT TO ACHIEVE A HIGH-SPEED,LOW NOISE,LOW OFFSET,HIGH-GAIN PYROMETER INTERFACE”的临时申请No.62096090要求优先权，该临时申请被转让给其受让人并特此通过引用将其明确地并入本文中。
技术领域
本公开总体上涉及光学高温测量。特别地，但非以限制的方式，本公开涉及用于在光学高温测量中使用的改进的放大器的系统、方法和装置。
背景技术
在制造环境中，在没有接触的情况下测量物体的温度已经被证明是复杂和艰巨的任务。运动中的物体常常难以触摸(例如熔化的蓝宝石)，并且太热的物体将损坏温度传感器。感兴趣的物体也可能容易通过接触而被损坏，从而妨碍对其温度进行测量。用于测量高温的可靠手段在几个世纪以来已经从由铁匠在其锻钢时所使用的原始的目视法发展到今天的工业温度测量的高度准确的手段(例如，光学高温测量)。
热物体发射光是公知的现象。越热就越亮。实际上，这一现象是很多现代技术的比较重要的基石之一。在它们当中的是辐射温度测量，其又被称为光学高温测量。
系统的本质是使用某种类型的光学器件观察感兴趣的物体或目标。物体在某种类型的电子检测器上成像，所述电子检测器已经被准确地校准以产生在输入(光强度)与输出(温度读数)之间的已知关系。输出通常发送到控制系统中，并用作反馈以实时地调节过程。
光学高温测量常常使用放大器来增加表示正被测量的目标的所检测到的光信号的电压。这些放大器将各种挑战引入到有待充分解决的光学高温测量中。因此在本领域中存在对光学高温计的改进的放大级的需求。
发明内容
下面概述在附图中示出的本发明的示例性实施例。在具体实施方式部分中对这些和其他实施例进行更充分的描述。然而应理解的是，没有将本发明限制到在本发明内容中或在具体实施方式中所述的形式的意图。本领域技术人员可以认识到，存在落入如权利要求所示的本发明的精神和范围内的很多修改、等同物和替代的构造。
本公开的方面可以以用于放大高温计中的光信号的全差分放大器电路为特征，所述放大器电路包括被配置为耦合到主光电检测器的阳极的第一系统输入和被配置为耦合到主光电检测器的阴极的第二系统输入。所述放大器电路还包括跨阻抗差分放大器级，其包括被配置为将主光电检测器偏置在0V和反向偏压之间，并且具有第一和第二输出的主偏置电路。跨阻抗差分放大器级还包括具有第一电流输入和第一跨阻抗电压输出的第一跨阻抗放大器电路，其中第一电流输入耦合到第一系统输入，第一偏压输入耦合到主偏置电路的第一输出，并且第一电压跨阻抗输出处的第一电压与光电流ip成比例。跨阻抗差分放大器级还包括具有第二电流输入和第二跨阻抗电压输出的第二跨阻抗放大器电路，其中第二电流输入耦合到第二系统输入，第二偏压输入耦合到主偏置电路的第二输出，并且第二电压跨阻抗输出处的第二电压与在第二和第一系统输入之间通过的光电流ip成比例。主偏置电路耦合到第一和第二跨阻抗放大器电路以使0V到反向偏压存在于主光电检测器的两端，并且作为第一和第二跨阻抗电压输出之间的差的主差分输出电压v1被配置为在处理器中转换成温度或反射比值。
另一方面可以以高温计系统为特征，所述系统包括主光电检测器和差分放大器电路，所述差分放大器电路包括耦合到主光电检测器并具有与由主光电检测器产生的光电流ip成比例的两个差分电压输出但具有不同增益的一对跨阻抗放大器。所述系统还包括第一模数转换器，其耦合到两个差分电压输出中的第一个并被配置为将第一差分电压输出转换成相应的数字值并具有向处理器提供相应的数字值的第一数字输出。此外，所述系统包括第二模数转换器，其耦合到两个差分电压输出中的第二个并被配置为将第二差分电压输出转换成相应的数字值并具有向处理器提供相应的数字值的第二数字输出。处理器耦合到第一和第二数字输出，具有耦合到第一和第二数字输出并被配置为选择第一和第二数字输出中的哪一个要由处理器处理的选择器，处理器被配置为将第一和第二数字输出中所选择的数字输出转换成温度或反射比值，并具有提供温度或反射比值的输出。
附图说明
通过当结合附图时参考以下具体实施方式和所附权利要求，本发明的各种目的和优点以及对其更全面的理解是显而易见的且更容易被领会：
图1示出具有光电检测器和跨阻抗放大器的传统高温计系统，所述跨阻抗放大器具有反馈电阻Rf，其中增益与反馈电阻Rf成比例；
图2示出高温计系统的实施例；
图3示出用于放大高温计中的光信号的全差分放大器电路的实施例；
图4示出具有额外的增益级的全差分放大器电路的另一实施例，所述额外的增益级为在图3中讨论的差分跨阻抗放大级的差分输出提供两级增益。
图5示出全差分放大器电路的另一实施例；
图6示出全差分放大器电路的又一实施例；
图7示出全差分放大器电路的详细示图；
图8示出图7的详细示图，但开关的状态反转；
图9示出向一对模数转换器提供两个差分电压信号的差分前端的另一实施例；
图10示出高温计系统的实施例；
图11示出高温计系统的另一实施例；
图12示出操作全差分双放大器电路的方法；
图13示出仪器的一个实施例的示意表示；以及
图14示出高温计、处理室以及用于基于关于处理室内的目标的温度的反馈来控制处理室中的加热器的反馈/控制系统。
具体实施方式
本公开总体上涉及光学高温测量。特别地，但非以限制的方式，本公开涉及用于在光学高温测量中使用的改进的放大器的系统、方法和装置。
词“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或例证”。在本文中被描述为“示例性的”任何实施例不一定被解释为相对于其他实施例是优选的或有利的。
术语“差分放大器电路”在本文中用于表示具有两个驱动输入的放大器。
术语“全差分放大器电路”在本文中用于表示放大两个输入电压之间的差但抑制这两个输入所共有的任何电压的一种类型的电子放大器。[1]它是具有两个输入和一个输出的模拟电路，其中所述输出理想地与在这两个电压之间的差成比例。
术语“放大级”在本文中用于指具有一个或多个输入以及与一个或多个输入成比例的一个或多个输出的电路或系统。放大级可以包括一个或多个放大器，例如运算放大器、BJT、MOSFET等。
术语“偏置电路”在本文中用于指构造成将偏压施加到电路或系统的另一部分的电路。
术语“差分放大器级”在本文中用于指具有两个驱动输入和差分输出的电路。
术语“差分输入”和“差分输出”在本文中用于指示输入或输出具有两个支路以及在这两个支路之间的差分信号。
术语“盲光电检测器”、“盲光电流”、“盲偏压”和“盲级”都指放大器电路的用于从主光电检测器的测量占或减去漏电流的方面。
术语“耦合到”可以指例如经由不间断的导线或引线的在部件之间的直接连接，或可以指例如经由另一部件或电路的在部件之间的间接连接。例如，两个电容器可以通过二极管或电感器而彼此耦合。
常规光学高温计受低信噪比、由光电检测器中的漏电流引起的误差的困扰，并且不能够处理在高温测量中所遇到的宽范围的发射幅度。例如，由于光电流可以低至10-13安培，因此需要显著的放大。利用当前在高温测量中使用的单级放大器，检测这种小信号所需的增益需要非常大的反馈电阻Rf(对于传统单级放大系统，参见图1)。图1示出具有光电检测器102和跨阻抗放大器104的传统高温计系统，跨阻抗放大器104具有反馈电阻Rf，其中增益与反馈电阻Rf成比例。可以看出在需要大增益的情况下，例如在高温测量的情况下，Rf常常必须非常大，以便看到这种小信号。然而，大Rf也相应于高噪声和慢响应。因此，诸如104的单级跨阻抗放大器的使用固有地受高噪声、不足的增益或慢响应的限制。
跨阻抗放大器104的输出在两个方向上传递：(1)至另一放大级106；或(2)至电气选择器108而没有另外的增益。应注意，增益与反馈电阻器Rf的尺寸成比例，这又引起放大信号中的大噪声。因此，为了实现必要的增益以处理小光电流ip，该系统相对于输出电压引入过多的噪声。
在对诸如图1所示的传统放大方案进行各种修改之后，本发明人认识到，这些问题可能是在本领域中常规使用的单级非差分放大器(例如，104)所固有的。虽然高温计设计者总是使用单级非差分放大器，但本发明人想知道完全不同的放大结构是否可以克服本发明人所考虑到的高温计中的单级非差分放大的固有限制。
以前在高温计中不使用差分放大器，因为通常在测量范围相当窄(即，需要小的动态测量范围)和在实质上是高速的情况下使用差分放大器。在高温测量中，光电流可以在10-13安培和10-6安培(7个数量级)之间变化，并且因此差分放大器不被认为适合于这种类型的检测。此外，差分放大设备对放大系统引入增加的部件以及增加的成本和复杂性。
尽管有这些缺点，本发明人对用于测量高温计中的光电流的差分放大器电路建模并意外地看到充满希望的结果(即，比在单级非差分放大级中实现的更低的噪声、更宽的动态范围和更快的响应采样率)。
本发明人还认识到，可以通过增加在光电检测器上的反向偏压来减小检测器电容以降低噪声(例如，这移动了噪声零输出)。这种调节的缺点是，光电检测器的漏电流作为增加的反向偏压的函数而增加。漏电流是温度相关的，并且因此在高温计通常进行操作(因为其常常固定到热处理室或在热处理室附近)的高温下，难以单独利用基于软件的校正来析出(factor out)漏电流。为了解释漏电流，将“盲”偏压施加到与光学/IR发射源隔离的“盲”光电检测器。以这种方式，来自盲光电检测器的电流预期只代表主检测器的漏电流，并且如果施加到盲光电检测器的偏压与施加到主光电检测器的偏压相同，则来自盲光电检测器的电流应该是对主光电检测器中的漏电流的有价值的估计。来自偏置的盲光电检测器的测量结果于是可以从主光电检测器的测量结果中减去以限制漏电流对所测量的温度的影响。
还可以在图1中看到传统高温测量放大方案的另一问题，其在于在期望不同的可选择的增益的情况下，为了处理信号强度的宽摆幅，可以实现第二增益级106，使得高增益107和低增益108输出存在。选择器108(通常是电气开关)选择输出107、109中的哪一个传递到模数转换器110(ADC)。在处理期间，正被测量的目标的运行温度可以变化得如此之快/急剧，以至于高增益输出107与低增益输出109之间的切换可以引起数据输出中的扰动。
为了处理这种数据中的扰动，本发明人实现了一对ADC 204、206(参见图2)，每个ADC接收来自全差分放大器电路202(也被称为“前端”)的差分输出，并且每个ADC向处理器210的选择器208提供数字输出216、218。与只有一个放大信号将到达处理器的传统方法不同，本发明人的解决方案使数字输出216、218都能够到达处理器，因此使在增益级之间的选择能够在软件中执行并能够在任何时间点执行。以这种方式，当选择器208在输出216、218之间进行切换时，不出现扰动。
讨论现在转到图2-12所示的系统、方法和装置的更详细的描述。
图2示出高温计系统200的实施例。系统200可以包括可以或可以不偏置的主光电检测器201，并且如果偏置，其可以偏置在0V到反向偏压之间，其中对于反向偏压的大小没有限制。系统200也可以包括差分放大器电路202，其可以包括从运算放大器配置的一对跨阻抗放大器。这对跨阻抗放大器可以被配置为耦合到主光电检测器201，使得跨阻抗放大器将通过主光电检测器201的光电流ip转换成在每个跨阻抗放大器的输出处的电压。由于并联设置跨阻抗放大器，因此它们的输出可以是与具有相等增益的单级非差分放大器相比提供更小的噪声(或对于相同噪声水平更大的增益或更好的信噪比)的差分电压。差分放大器电路202可以具有与由主光电检测器201产生的光电流ip成比例的两个差分电压输出212、214。然而，这两个差分电压输出212、214可以具有不同的增益。
这两个差分电压输出212、214中的每一个可以耦合到相应的模数转换器(ADC)，例如第一ADC 204和第二ADC 206。第一ADC 204可以被配置为将第一差分电压输出212转换成相应的数字值。第一ADC 204还可以具有向处理器210提供相应的数字值的第一数字输出216。
第二ADC 206可以被配置为将第二差分电压输出214转换成相应的数字值。第二ADC 206还可以具有向处理器210提供相应的数字值的第二数字输出218。
处理器210可以耦合到第一和第二数字输出216、218。处理器210可以具有耦合到第一和第二数字输出216、218的选择器208(例如，开关)。选择器208可以被配置为选择第一和第二数字输出216、218中的哪一个将由处理器210来处理。此外，处理器210可以被配置为将第一和第二数字输出216、218中所选择的数字输出转换成温度或反射比值，并可以具有提供温度或反射比值的输出220。通常，反射比值用于通过指示目标的表面的反射率来校准温度测量。该校准于是可以用于提高温度测量的准确度。因此，对温度和反射比二者的测量可以由系统200来进行。
差分放大器电路202可以包括设置成在主光电检测器201上产生偏压的主偏置电路。该偏压的范围可以从0V到仅由检测器和所需的动态范围限制的反向偏压。更大的反向偏压降低主光电检测器202两端的电容并降低噪声和实现更高的采样率。然而，更高的反向偏压也意味着更大的漏电流，因此随着速度的增加需要处理和析出增加的漏电流。这种电流在该应用中是特别麻烦的，因为它们随着温度而增加，并且系统200的温度通常在35℃与45℃之间(明显高于周围环境)。
图3示出用于放大高温计中的光信号的全差分放大器电路300的实施例。该电路300可以是高速、高增益的，具有低偏移、高动态范围、证明不可能在现有技术的高温测量放大方案中实现的属性的组合。系统300经由下面所述的多个结构特征实现这一点。举个例说，系统300可以包括被配置为分别耦合到主光电检测器302的阳极和阴极的第一系统输入304和第二系统输入306。当第一和第二系统输入304、306耦合到主光电检测器302时，光电流ip在第二和第一系统输入306、304之间通过。换言之，光电流ip与光电检测器302的极性相反地流动，如在图3中所看到的。
电路300还可以包括差分跨阻抗放大级350。该第一放大级350具有被配置为接收光电流ip的输入，并利用某个跨阻抗增益(也涉及从电流至电压的转换的增益)将光电流ip转换成差分电压vt。与单个放大器电路相比，对于类似的噪声和动态响应性能，差分跨阻抗放大级350的使用允许至少2倍的增益因子。例如，在单个跨阻抗放大器电路将10-10安培的光电流ip转换成1V输出的情况下，所示差分设置产生在第一跨阻抗放大器电路314的输出314处的+1V和在第二跨阻抗放大器电路320的输出322处的-1V。因此，差分电压v1是2V或单个放大器能够实现的增益的两倍。然而与在单端放大器中相比对这一增加的增益的噪声惩罚和动态响应要小。因此，差分跨阻抗放大级350比现有技术的高温测量放大级产生更高的信噪比。
差分跨阻抗放大级350可以包括被配置为经由第一和第二跨阻抗放大器电路312、320来对主光电检测器302进行偏置的主偏置电路308。主偏置电路308不是必需的，并且在一些实施例中可以用到地的连接来代替。在施加偏压的情况下，其范围可以在0V和某个反向偏压之间。显示主偏置电路308的极性，使得反向偏压存在于主光电检测器302的两端。主偏置电路308可具有第一和第二输出328、330。
差分跨阻抗放大级350还可以包括具有第一电流输入316和第一跨阻抗电压输出314的第一跨阻抗放大器电路312。可以在图7和8中看到跨阻抗电路312、320的一个实施例的细节。第一电流输入316可以接收光电流ip，并且第一跨阻抗放大器电路312可以将该电流转换成在第一跨阻抗电压输出314处看到的第一输出电压。
第一电流输入316可以耦合到第一系统输入304，并且第一偏压输入318可以耦合到主偏置电路308的第一输出328。换言之，第一跨阻抗放大器电路312可以具有两个输入，一个用于来自主光电检测器302的电流，而一个用于参考电压，其等于主偏置电路308的第一输出328处的偏压。
可以在第一跨阻抗电压输出314处看到第一输出电压，并且该第一输出电压可以与光电流ip成比例。
差分跨阻抗放大级350还可以包括具有第二电流输入324和第二跨阻抗电压输出322的第二跨阻抗放大器电路320。第二电流输入324可以接收光电流ip，并且第二跨阻抗放大器电路320可以将该电流转换成在第二跨阻抗电压输出322处看到的第二输出电压。
第二电流输入324可以耦合到第二系统输入306，并且第二偏压输入326可以耦合到主偏置电路308的第二输出330。换言之，第二跨阻抗放大器电路320可以具有两个输入，一个用于源自主光电检测器312的在与跨阻抗放大器中的相同和相反的方向上流动的电流，而一个用于参考电压，其等于主偏置电路308的第二输出330处的偏压。
可以在第二跨阻抗电压输出324处看到第二输出电压，并且该第二输出电压可以与光电流ip成比例，但具有与在第一跨阻抗电压输出314处的第一输出电压相反的极性。因此，差分电压v1具有是第一或第二输出电压的两倍的幅度，并且由此具有比任一跨阻抗放大器电路能够单独提供的更大的增益。
主偏置电路308可以耦合到第一和第二跨阻抗放大器电路312、320，以便使具有在0V至反向偏压之间(包括0V和反向偏压)的值的偏压存在于主光电检测器302的两端。
差分输出电压v1(也可以被称为主差分输出电压)可以是第一和第二跨阻抗电压输出314、322之间的差。此外，该差分电压v1可以被配置为转换成处理器中的温度或反射比值。
在实施例中，主偏置电路308可以包括两个电压源，每一个电压源被配置为将相反的偏压施加到主光电检测器302的一侧。特别参考阳极偏压和阴极偏压，可以在图9中看到一个这种实施例。
图4示出具有额外的增益级的全差分放大器电路400的另一实施例，所述额外的增益级为在图3中讨论的差分跨阻抗放大级350的差分输出提供两级增益。放大器电路400可以包括并联设置的两个或更多个差分电压放大器级430、432。换言之，可以将来自差分跨阻抗放大器级350的每一个差分输出电压提供给两个或更多个差分电压放大器级430、432中的每一个。虽然只有两个差分电压放大器级430、432，但可以提供三个、四个或更多个差分放大器级，其中每一级可以接收差分输出电压v1。这些级中的每一级可以具有不同的增益，并且在它们的输出之间的选择可以使不同的增益能够被电子选择，以便处理不同的光电检测器电流ip。两个或更多个差分电压放大器级430、432中的每一个可以具有差分电压输出v2和v3。这些差分输出V2和v3中的每一个可以与作为输入提供给差分电压放大器级430、432中的每一个的第一差分电压v1成比例。
在实施例中，差分电压放大器级430、432中的每一个可以包括并联设置的两个差分电压放大器。可以在图5中看到这种放大器对的一个这种配置。然而，该设置仅出于说明的目的，并不限制可以在两个差分电压放大器级430、432中的每一个内实现的放大器的各种配置和类型的范围。在图5中，第一差分放大器级430包括具有内部反馈的两个差分放大器534、536(例如，差分仪器放大器)，而第二差分放大器级432包括具有外部反馈的两个单端放大器538、540。第一差分放大器级430提供比第二差分电压放大器级432高的增益。这发生的一种方式是通过向差分电压放大器534、536二者提供全第一差分电压v1，使得与使用单个放大器相比，第一差分放大器级430的差分电压输出v2已经看到2倍的增益。此外，将第一差分电压输出v1的反相版本提供给两个差分放大器534、536中的一个(例如，v1的下部支路提供给放大器534的非反相输入和放大器536的反相输入)。输入的这一反相实现在并联的差分放大器对(其中输入不反相)上的进一步的增益升高。因此，第一差分放大器级430的总增益是单端放大器的总增益的大约4倍。
第二差分电压放大器级432不提供这一相同水平的增益，部分因为v1的每个支路仅提供给第二差分电压放大器级432内的放大器538、540中的一个。此外，放大器538、540不是差分放大器，因为这两者的非反相输入都接地。因此，可以看到第一差分电压放大器级430的差分输出具有比第二差分电压放大器级432的差分输出更大的增益。由于这些不同的增益，因此可以选择电压输出v2，其中光电流ip为低，并且可以选择电压输出v3，其中光电流ip为高。
可以在处理器内且特别是由处理器的选择器执行对要处理的电压输出的选择。例如，第一和第二差分电压放大级430、432的差分电压输出可以被配置为耦合到处理器，例如处理器210。处理器210可以具有可以以在处理器210上运行的软件或固件实现的选择器208。选择器208可以被配置为在两个或更多个差分电压放大器级430、432的输出之间进行选择，使得可以在数据收集期间在不使用电气开关(与图1中的电气选择器108相比)的情况下执行对放大增益的选择，并且因此在数据流中没有扰动。
如先前注意到的，主光电检测器302中的漏电流可以使可归于目标的光电流ip的测量出现偏差。这在以下情况下尤其如此；主光电检测器302经历高于周围环境的温度，并且当在高温测量设置中被使用时，高于周围环境的温度是基准。因此，使漏电流恶化。为了处理这一升高的漏电流，图6提出测量穿过盲光电检测器502的盲光电流并从通过主光电检测器302测量的电流中减去所得到的光电流或暗偏移电流id。换言之，通过将盲光电检测器502与实质上所有的发射源隔离(例如，有效地将盲光电检测器502放置在暗外壳中)，盲光电检测器502中的任何光电流或暗偏移电流可以归因于漏电流。如果盲光电检测器502和在盲光电检测器502两端施加的任何偏压与主光电检测器302和施加到主光电检测器302的偏压匹配，则暗偏移电流id将表示对主光电检测器302中的漏电流的估计。换言之，id表示ip中的为漏电流的部分。通过从ip中减去id，可以得出针对漏电流所调节或校正的主光电检测器302的光电流(即，漏电流从ip中除去)。实际上，由于差分跨阻抗放大级350产生差分电压v1作为主光电流ip的指示，因此减去暗偏移电流id意味着产生相应的差分电压输出v4(也被称为盲差分电压输出)，并且从v1中减去v4。因此，方程(1)表示针对暗偏移电流id所部分校正的主光电流的差分电压指示v5。
v5＝v1–v4 (方程1)
为了得出v5，可以为暗偏移电流id得到差分电压v4，并且然后可以经由一对比较器554、556从v1中减去v4。虽然被示为差分运算放大器，但是这对比较器554、556不限于差分运算放大器，而可以包括能够减去电压的任何电路或设备。
暗偏移电流id可以经由盲级552转变成差分电压v4。盲级552实质上是另一差分跨阻抗放大级350，但测量与实质上所有发射隔离的盲光电检测器502，并且进一步其中盲光电检测器502两端的偏压在极性上与施加在主光电检测器302两端的偏压相反(假设施加任何偏压)。因此，像差分跨阻抗放大级350一样，盲级552包括第三跨阻抗放大器电路512、第四跨阻抗放大器电路520、以及盲偏置电路508。盲光电检测器502可以与主光电检测器302基本相同。盲偏置电路508可以耦合到第三跨阻抗放大器电路512的电压输入518，并且耦合到第四跨阻抗放大器电路520的电压输入526。第三跨阻抗放大器电路512可以具有耦合到盲光电检测器502的阳极的电流输入516，并且第四跨阻抗放大器电路520可以具有耦合到盲光电检测器502的阴极的电流输入524。由于跨阻抗放大电路512、520试图使电流输入516、524的电压相对于电压输入518、526均衡，因此电流输入516、524的电压趋向于由盲偏置电路508施加的偏压。换言之，如果盲偏置电路508将+1V的偏压施加到第三跨阻抗放大电路512的电压输入518，则电流输入516将趋向于+1v的偏压。以这种方式，盲偏置电路508可以间接地对盲光电检测器502进行偏置，就像主偏置电路308间接地对主光电检测器302进行偏置一样。当主偏置电路308施加到主光电检测器302时，盲偏置电路508可以将相等大小的偏压施加到盲光电检测器502。实现这种方案的一种方式是使主偏置电路和盲偏置电路308、508源自同一偏压源。作为示例，图9示出一个实施例，其中单个源用于两个偏压。如上面注意到的，暗偏移电流id提供对主光电检测器302中的漏电流的估计。
比较器554、556可以各自具有一对差分输入，并且可以各自耦合到主差分电压输出v1和盲差分电压输出v4。比较器554、556可以具有极性，使得这对比较器554、556的差分电压输出v5等于主差分电压输出v1与盲差分电压输出v4之间的差。换言之，比较器554、556执行方程1。
图7示出全差分放大器电路800的详细示图。可以假设与已经关于图3-6讨论的特征或部件有相似性的那些特征或部件具有如前所述的结构和功能，特别是未关于图7所描述的那些特征或部件。与先前附图的一个差别是，四个跨阻抗放大器电路在此被示为具有负反馈的反相操作放大器。电流输入715、724可以耦合到运算放大器712、720的反相输入。反馈电路可以包括电阻R1和R2，虽然在大部分实施例中，R1＝R2。此外，应注意，电路800的主级和盲级或区域的反馈电阻应该是相同的。这有助于提高模仿主光电检测器706中的漏电流的暗偏移电流id的准确度。
要注意的另一个细节是加入了开关电路760、762和导电回路772、774。开关电路760、762可以用于选择性地将主光电检测器702和盲光电检测器703切换出放大器电路700。开关电路760、762可以包括可以交替打开和闭合的两个开关764、766、768、770(例如，机械继电器、BJT、MOSFET、JFET等)。当第一开关764、768闭合而第二开关766、770打开时，主光电检测器702和盲光电检测器703切换到放大器电路700中。当第二开关766、770闭合而第一开关764、768打开时，则主光电检测器704和盲光电检测器703切换出放大器电路700(参见图8)。通常，第一开关764、768都打开或都闭合，并且第二开关766、770都闭合或都打开。在实施例中，它们可以甚至从单个源或控制器接收指令或控制。
在实施例中，第一开关764可以选择性地将第一系统输入704耦合到反相运算放大器712的第一电流输入716。当第二开关766、770闭合并且第一开关764、768打开时，导电回路772、774允许电流在光电检测器702、703中流动。第一导电回路772可以设置在第一和第二系统输入704、706之间，并且可以包括第二开关766，以便选择性地使第一和第二系统输入704、706短路。第二导电回路774可以以类似的方式进行设置和操作。
当光电检测器702、703切换出放大器电路700时，可以在检测器702、703不存在的情况下执行漏电流校准。例如，图3-6中的跨阻抗放大器级和图7中的反相运算放大器各自产生漏电流(或偏移电流)，并且当检测器702、703切换出放大器电路700时，可以估计这些漏电流。稍后，在处理期间，与在没有检测器702、703的情况下存在的漏电流的这些校准测量相关联的电压或电流偏移可以用于提高测量的准确度。
用于开关电路760、762的多个控制器或一个控制器未示出，但被设想为本公开的部分。
图9示出向一对模数转换器提供两个差分电压信号的差分前端的另一实施例。
图10示出高温计系统的实施例。
图11示出高温计系统的另一实施例。
图12示出操作全差分双放大器电路的方法。方法1200可以以接收和提供(sourcing)来往于差分跨阻抗放大器级的光电流ip开始，光电流ip由主光电检测器产生(块1202)。然后，放大器电路可以经由差分跨阻抗放大器级将光电流ip转换成差分输出电压v1(块1204)。然后，差分跨阻抗放大器级可以向并联设置的一对差分电压放大器级提供第一差分输出电压v1(块1206)。然后，这对差分电压放大器级可以将第一差分输出电压v1转换成具有不同增益的一对第二和第三差分输出电压v2和v3(块1208)。在其他实施例中可以使用两个或更多个差分电压放大器级。然后，放大器电路可以经由一对模数转换器向处理器提供作为数字信号的第二和第三差分输出电压v2和v3(块1210)。处理器中的选择器可以选择要处理两个数字信号中的哪一个(块1212)而不使用电气选择器(例如，图1中的108)，并从而避免在数据流中的缝合(stitch)。最后，处理器可以将第二和第三差分输出电压v2和v3中所选择的差分输出电压转换成温度或反射比值(块1214)。
可以在除本文中所描述的特定物理设备之外的仪器中实现本文中所描述的系统和方法。图13示出1300仪器的一个实施例的示意表示，在该仪器1300内，可以执行一组指令以使设备实施或执行本公开的任意一个或多个方面和/或方法。图13中的部件仅仅是示例，并且不限制实现本公开的特定实施例的任何硬件、软件、固件、嵌入式逻辑部件或两个或更多个这种部件的组合的使用或功能的范围。所示部件的一些或全部可以是仪器1300的部分。例如，仪器1300可以是通用计算机(例如，膝上型计算机)或嵌入式逻辑设备(例如，FPGA)，仅举两个非限制性示例。
仪器1300至少包括处理器1301，例如中央处理单元(CPU)和/或FPGA，仅举两个非限制性示例。仪器1300还可以包括都经由总线1340彼此进行通信并与其他部件进行通信的存储器1303和储存器1308。总线1340还可以使显示器1332、一个或多个输入设备1333(其可以例如包括小键盘、键盘、鼠标、触笔等)、一个或多个输出设备1334、一个或多个存储设备1335和各种非暂时性有形计算机可读存储介质1336彼此链接并与处理器1301、存储器1303和储存器1308中的一个或多个链接。所有这些元件都可以直接或经由一个或多个接口或适配器通过接口连接到总线1340。例如，各种非暂时有形计算机可读存储介质1336可以经由存储介质接口1326通过接口与总线1340连接。仪器1300可以具有任何适当的物理形式，包括但不限于一个或多个集成电路(IC)、印刷电路板(PCB)、移动手持设备(例如移动电话或PDA)、膝上型或笔记本计算机、分布式仪器、计算网格或服务器。
处理器1301(或中央处理单元(CPU))可选地包含用于指令、数据或计算机地址的暂时性局部存储的高速缓存存储器单元1302。处理器1301被配置为辅助执行存储在至少一个非暂时性有形计算机可读存储介质上的计算机可读指令。仪器1300可以提供作为处理器1301执行体现在一个或多个非暂时性有形计算机可读存储介质(例如，存储器1303、储存器1308、存储设备1335和/或存储介质1336(例如，只读存储器(ROM)))中的软件的结果的功能。非暂时性有形计算机可读存储介质可以存储实现特定实施例的软件，并且处理器1301可以执行软件。存储器1303可以通过适当的接口(例如，网络接口1320)从一个或多个其他非暂时性有形计算机可读存储介质(例如，大容量存储设备1335、1336)或从一个或多个其他资源读取软件。软件可以使处理器1301执行本文中所描述或所示出的一个或多个过程或一个或多个过程的一个或多个步骤。执行这种过程或步骤可以包括定义存储在存储器1303中的数据结构并修改如由软件指引的数据结构。在一些实施例中，FPGA可以存储用于执行如在本公开中所描述的功能的指令。在其他实施例中，固件包括用于执行如在本公开中所描述的功能的指令。
存储器1303可以包括各种部件(例如，非暂时性有形计算机可读存储介质)，包括但不限于随机存取存储器部件(例如，RAM 1304)(例如，静态RAM“SRAM”、动态RAM“DRAM”等)、只读部件(例如，ROM 1305)及其任何组合。ROM 1305可以用于将数据和指令单向传送到处理器1301，并且RAM 1304可以用于与处理器1301进行数据和指令的双向传送。ROM1305和RAM 1304可以包括以下所描述的任何适当的非暂时性有形计算机可读存储介质。在一些实例中，ROM 1305和RAM 1304包括用于执行方法1200的非暂时性有形计算机可读存储介质。在一个示例中，基本输入/输出系统1306(BIOS)，包括有助于例如在启动期间在仪器1300内的元件之间传送信息的基本例程，可以存储在存储器1303中。
固定储存器1308可选地通过储存器控制单元1307双向地连接到处理器1301。固定储存器1308提供额外的数据存储能力，并且还可以包括本文中所描述的任何适当的非暂时性有形计算机可读介质。储存器1308可以用于存储操作系统1309、EXEC 1310(可执行文件)、数据1311、API应用1312(应用程序)等。例如，储存器1308可以被实现为存储偏移。常常，虽然不是总是，储存器1308是比主储存器(例如，存储器1303)慢的辅助存储介质(例如，硬盘)。储存器1308还可以包括光盘驱动器、固态存储器设备(例如，基于闪存的系统)或任何上述设备的组合。储存器1308中的信息在适当的情况下可以作为虚拟存储器并入在存储器1303中。
在一个示例中，存储设备1335可以经由存储设备接口1325可移除地与仪器1300通过接口连接(例如，经由外部端口连接器(未示出))。特别地，存储设备1335和相关联的机器可读介质可以为仪器1300提供机器可读指令、数据结构、程序模块和/或其他数据的非易失性和/或易失性存储。在一个示例中，软件可以完全或部分地存在于存储设备1335上的机器可读介质内。在另一示例中，软件可以完全或部分地存在于处理器1301内。
总线1340连接各种各样的子系统。在本文中，在适当的情况下，提及总线可以包括提供公共功能的一个或多个数字信号线。总线1340可以是使用各种总线架构中的任意一种的几种类型的总线结构中的任意一种，包括但不限于存储器总线、存储器控制器、外围总线、局部总线及其任何组合。作为示例而非以限制的方式，这种架构包括工业标准架构(ISA)总线、增强型ISA(EISA)总线、微通道架构(MCA)总线、视频电子标准协会局部总线(VLB)、外围部件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、加速图形端口(AGP)总线、超传输(HTX)总线、串行高级技术附件(SATA)总线及其任何组合。
仪器1300还可以包括输入设备1333。在一个示例中，仪器1300的用户可以经由输入设备1333将命令和/或其他信息输入到仪器1300中。输入设备1333的示例包括但不限于文字数字输入设备(例如，键盘)、定点设备(例如，鼠标或触摸板)、触摸板、操纵杆、游戏手柄、音频输入设备(例如，麦克风、语音响应系统等)、光学扫描仪、视频或静止图像捕获设备(例如，相机)及其任何组合。输入设备1333可以经由各种输入接口1323中的任意一种(例如，输入接口1323)通过接口连接到总线1340，所述输入接口包括但不限于串行、并行、游戏端口、USB、FIREWIRE、THUNDERBOLT或上述接口的任何组合。
在特定的实施例中，当仪器1300连接到网络1330时，仪器1300可以与其他设备(例如,连接到网络1330的移动设备和企业系统)进行通信。可以通过网络接口1320来发送来往于仪器1300的通信。例如，网络接口1320可以从网络1330接收采用一个或多个分组(例如，互联网协议(IP)分组)形式的进入通信(例如，来自其他设备的请求或响应)，并且仪器1300可以将进入通信存储在存储器1303中以进行处理。仪器1300可以类似地将采用一个或多个分组形式的外发通信(例如，至其他设备的请求或响应)存储在存储器1303中并从网络接口1320传送到网络1330。处理器1301可以访问存储在存储器1303中的这些通信分组以进行处理。
网络接口1320的示例包括但不限于网络接口卡、调制解调器及其任何组合。网络1330或网络段1330的示例包括但不限于广域网(WAN)(例如，互联网、企业网络)、局域网(LAN)(例如，与办公室、建筑物、校园或其他相对较小的地理空间相关联的网络)、电话网、两个计算设备之间的直接连接及其任何组合。网络(例如，网络1330)可以采用有线和/或无线通信模式。通常，可以使用任何网络拓扑。
可以通过显示器1332显示信息和数据。显示器1332的示例包括但不限于液晶显示器(LCD)、有机液晶显示器(OLED)、阴极射线管(CRT)、等离子体显示器及其任何组合。显示器1332可以经由总线1340通过接口连接到处理器1301、存储器1303和固定储存器1308以及其他设备(例如，输入设备1333)。显示器1332经由视频接口1322链接到总线1340，并且显示器1332与总线1340之间的数据的传输可以经由图形控件1321来控制。
除了显示器1332之外，仪器1300还可以包括一个或多个其他外围输出设备1334，包括但不限于音频扬声器、打印机及其任何组合。这种外围输出设备可以经由输出接口1324连接到总线1340。输出接口1324的示例包括但不限于串行端口、并行连接、USB端口、FIREWIRE端口、THUNDERBOLT端口及其任何组合。
此外或作为可选方案，仪表1300可以提供作为逻辑硬连线或以其他方式嵌入在电路中的结果的功能，该电路可以代替软件或连同软件一起来操作以执行在本文中所描述或所示出的一个或多个过程或一个或多个过程的一个或多个步骤。在本公开中提及软件可以包括逻辑，并且提及逻辑可以包括软件。而且，在适当的情况下，提及非暂时性有形计算机可读介质可以包括存储用于执行的软件的电路(例如，IC)、体现用于执行的逻辑的电路或这两者。例如，非暂时性有形计算机可读介质可以包括一个或多个FPGA、固定逻辑、模拟逻辑或上述部件的某种组合。本公开包括硬件、软件或这两者的任何适当组合。
本领域技术人员将理解，可以使用各种不同的工艺和技术中的任意一种来表示信息和信号。例如，可以在整个以上描述中提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片可以由电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或其任何组合来表示。
在本说明书内，相同的参考标记用于指端子、信号线、导线等及其相应的信号。在这方面，术语“信号”、“导线”、“连接”、“端子”和“引脚”在本说明书内可以时常互用。还应认识到，术语“信号”、“导线”等可以表示一个或多个信号，例如通过单个导线传送单个比特或通过多个并行导线传送多个并行比特。此外，每个导线或信号可以表示由信号或导线连接的两个或更多个部件之间的双向通信，视情况而定。
技术人员还将认识到，结合在本文中公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或这两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，以上通常根据其功能对各种说明性部件、块、模块、电路和步骤进行了描述。这种功能是被实现为硬件还是软件取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束。技术人员可以以变化的方式对每个特定的应用实现所述功能，但这种实现决定不应被解释为导致偏离本发明的范围。
可以利用设计成执行在本文中所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或其任何组合来实现或执行结合在本文中公开的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但可选地，处理器可以是任何常规处理器、控制器或微控制器。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器或任何其他这种配置。
结合在本文中公开的实施例所描述的方法或算法的步骤可以直接体现在硬件中，在由处理器执行的软件模块、被实现为数字逻辑设备的软件模块中，或者在这些的组合中。软件模块可以存在于RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域中已知的任何其他形式的非暂时性有形计算机可读存储介质中。示例性非暂时性有形计算机可读存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从非暂时性有形计算机可读存储介质读取信息和将信息写入到非暂时性有形计算机可读存储介质。可选地，非暂时性有形计算机可读存储介质可以与处理器成为一体。处理器和非暂时性有形计算机可读存储介质可以存在于ASIC中。ASIC可以存在于用户终端中。可选地，处理器和非暂时性有形计算机可读存储介质可以作为分立部件存在于用户终端中。在一些实施例中，软件模块可以被实现为数字逻辑部件，例如利用软件模块被一次编程的FPGA中的那些数字逻辑部件。
提供所公开的实施例的前述描述以使本领域技术人员能够实施或使用本发明。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在本文中定义的一般原理可以应用于其他实施例而不偏离本发明的精神或范围。因此，本发明并不旨在限于在本文中所示出的实施例，而应被赋予与在本文中所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (17)

1.一种用于放大高温计中的光信号的高速、高信噪比、高增益、低偏移和高动态范围的全差分放大器电路，所述放大器电路包括：
第一系统输入，其被配置为耦合到主光电检测器的阳极；
第二系统输入，其被配置为耦合到所述主光电检测器的阴极，
其中，当所述第一系统输入和所述第二系统输入耦合到所述主光电检测器时，光电流ip在所述第二系统输入与所述第一系统输入之间通过；
跨阻抗差分放大器级，其包括：
主偏置电路，其被配置为将所述主光电检测器偏置在0V和反向偏压之间，并且具有第一输出和第二输出；
第一跨阻抗放大器电路，其具有第一电流输入和第一跨阻抗电压输出，其中：
所述第一电流输入耦合到所述第一系统输入，
第一偏压输入耦合到所述主偏置电路的所述第一输出，并且
所述第一电压跨阻抗输出处的第一电压与所述光电流ip成比例；以及
第二跨阻抗放大器电路，其具有第二电流输入和第二跨阻抗电压输出，其中：
所述第二电流输入耦合到所述第二系统输入，
第二偏压输入耦合到所述主偏置电路的所述第二输出，并且所述第二电压跨阻抗输出处的第二电压与在所述第二系统输入与所述第一系统输入之间通过的所述光电流ip成比例；
其中，所述主偏置电路耦合到所述第一跨阻抗放大器电路和所述第二跨阻抗放大器电路以便使0V到反向偏压存在于所述主光电检测器的两端；并且
作为在所述第一跨阻抗电压输出与所述第二跨阻抗电压输出之间的差的主差分输出电压v1被配置为在处理器中转换成温度或反射比值。
2.如权利要求1所述的全差分放大器电路，还包括两个或更多个差分电压放大器级，所述差分电压放大器级各自包括并联设置的两个差分电压放大器，所述两个或更多个差分电压放大器级中的每一个具有差分电压输出v2、v3。
3.如权利要求2所述的全差分放大器电路，其中，所述两个或更多个差分电压放大器级之一中的所述两个差分电压放大器中的每一个耦合到所述跨阻抗差分放大器级的所述差分输出。
4.如权利要求3所述的全差分放大器电路，其中，所述跨阻抗差分放大器级的所述差分输出的一个支路耦合到所述两个或更多个差分电压放大器级之一中的所述两个差分电压放大器中的一个的反相输入和所述两个或更多个差分电压放大器级之一中的所述两个差分电压放大器中的另一个的非反相输入，从而产生一对其中输入没有被反相的差分放大器的增益的两倍。
5.如权利要求2所述的全差分放大器电路，其中，所述两个或更多个差分电压放大器级具有不同的增益。
6.如权利要求5所述的全差分放大器电路，其中，所述两个或更多个差分电压放大器级被配置为耦合到具有软件选择器的处理器，所述软件选择器被配置为在所述两个或更多个差分电压放大器级的输出之间进行选择，使得能够在数据收集期间在不使用电气开关的情况下执行对放大增益的选择，并且因此在数据流中没有扰动。
7.如权利要求1所述的全差分放大器电路，还包括盲级，所述盲级包括：
盲光电检测器，其与由所述主光电检测器看到的大部分光子发射隔离，但另外在结构上与所述主光电检测器相同；
盲偏置电路，其耦合到第三跨阻抗放大器电路和第四跨阻抗放大器电路的电压输入，并且被配置为以与存在于所述主光电检测器两端的偏压大小相等的偏压对所述盲光电检测器进行偏置，
其中，所述盲光电检测器表示所述主光电检测器的漏电流；以及
盲差分电压输出v4，其被配置为从所述主差分输出v1中减去。
8.如权利要求7所述的全差分放大器电路，还包括一对比较器，每一个所述比较器具有一对差分输入并耦合到所述主差分电压输出v1和所述盲差分电压输出v4，所述比较器具有极性使得所述一对比较器的差分输出v5等于所述主差分电压输出v1与所述盲差分电压输出v4之间的差。
9.如权利要求1所述的全差分放大器电路，还包括：
第一开关，其选择性地将所述第一系统输入耦合到所述第一跨阻抗放大器电路的所述第一电流输入；以及
在所述第一系统输入与所述第二系统输入之间的导电回路，所述导电回路包括选择性地使所述第一系统输入与所述第二系统输入短路的第二开关，
其中，交替切换所述第一开关和所述第二开关，使得选择性地将所述主光电检测器切换出所述全差分放大器电路，从而允许在所述主光电检测器不存在的情况下执行漏电流校准。
10.一种高温计系统，包括：
主光电检测器；
差分放大器电路，其包括耦合到所述主光电检测器并具有与由所述主光电检测器产生的光电流ip成比例的两个差分电压输出但具有不同增益的一对跨阻抗放大器；
第一模数转换器，其耦合到所述两个差分电压输出中的第一个并被配置为将第一差分电压输出转换成相应的数字值并具有向处理器提供相应的数字值的第一数字输出；
第二模数转换器，其耦合到所述两个差分电压输出中的第二个并被配置为将第二差分电压输出转换成相应的数字值并具有向所述处理器提供相应的数字值的第二数字输出；以及
所述处理器，其耦合到所述第一数字输出和所述第二数字输出，具有耦合到所述第一数字输出和所述第二数字输出并被配置为选择所述第一数字输出和所述第二数字输出中的哪一个要由所述处理器处理的选择器，所述处理器被配置为将所述第一数字输出和所述第二数字输出中所选择的数字输出转换成温度或反射比值，并具有提供所述温度或反射比值的输出。
11.如权利要求10所述的高温计系统，其中，所述差分放大器电路(202)包括设置成导致所述主光电检测器201上的偏压的主偏置电路，其中，所述偏压的范围能够从0V到反向偏压。
12.一种操作差分放大器电路的方法，所述方法包括：
在差分跨阻抗放大器级处接收和提供光电流ip，所述光电流由主光电检测器产生；
经由所述差分跨阻抗放大器级将所述光电流ip转换成差分输出电压v1；
向并联设置的一对差分电压放大器级提供所述第一差分输出电压v1，从而将所述第一差分输出电压v1转换成具有不同增益的一对第二差分输出电压和第三差分输出电压v2和v3；
经由一对模数转换器向处理器提供作为数字信号的所述第二差分输出电压和所述第三差分输出电压v2和v3；
选择所述第二差分输出电压和所述第三差分输出电压v2和v3中的一个以在没有电气开关的情况下进行处理；
将所述第二差分输出电压和所述第三差分输出电压v2和v3中所选择的差分输出电压转换成温度或反射比值。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：
接收通过盲光电检测器到盲级的暗偏移电流id，所述盲级包括并联设置的第二对跨阻抗放大器电路；
经由所述盲级将所述暗偏移电流id转换成第四差分输出电压v4，所述盲光电检测器表示所述主光电检测器中的漏电流；
从所述第一差分输出电压v1中减去第四差分输出电压v4以形成第五差分输出电压v5；以及
向所述一对差分电压放大器级提供所述第五差分输出电压v5；
将所述第五差分输出电压v5转换成所述第二差分输出电压和所述第三差分输出电压v2和v3；以及
将所述第二差分输出电压和所述第三差分输出电压v2和v3中所选择的差分输出电压转换成温度或反射比值，
所述减去使用所述暗偏移电流id以解释所述主光电检测器中的漏电流。
14.如权利要求12所述的方法，还包括：
经由两个开关电路而选择性地从所述差分放大器电路中除去所述主光电检测器和所述盲光电检测器；
确定所述差分放大器电路中的偏移电流而不影响所述主光电检测器；以及
从基于所述第二差分输出电压和所述第三差分输出电压v2和v3中所选择的差分输出电压而确定的所述主光电流ip中减去所述偏移电流，所述减去发生在所述处理器中。
15.如权利要求12所述的方法，还包括：以主偏压对所述主光电检测器进行偏置，并且以大小与所述主偏压相同的盲偏压对所述盲光电检测器进行偏置，其中，所述主偏压在0V到反向偏压之间并且包括0V和反向偏压。
16.如权利要求12所述的方法，还包括：以主偏压对所述主光电检测器进行偏置，并且以大小与所述主偏压相同的盲偏压对所述盲光电检测器进行偏置，其中，所述主偏压在0V到反向偏压之间并且包括0V和反向偏压。
17.如权利要求12所述的方法，其中，所述差分跨阻抗差分放大器级包括并联设置的第一对跨阻抗放大器电路，所述跨阻抗放大器电路中的一个接收所述光电流而一个提供所述光电流。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108134581A (zh) * 2017-12-27 2018-06-08 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种光电二极管精密信号调理模块
TWI735399B (zh) * 2020-12-24 2021-08-01 神煜電子股份有限公司 具消除暗電流的光感測裝置
WO2022150939A1 (zh) * 2021-01-12 2022-07-21 尼奥耐克索斯有限私人贸易公司 用于差分输出电压的模数转换器以及模数转换方法

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9699395B1 (en) * 2016-03-17 2017-07-04 Raytheon Company Imaging circuits and method
EP3718129B8 (en) 2017-11-29 2023-07-19 Comet Technologies USA, Inc Retuning for impedance matching network control
US11088667B2 (en) 2018-12-11 2021-08-10 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for a dual mode operational amplifier
US11114279B2 (en) 2019-06-28 2021-09-07 COMET Technologies USA, Inc. Arc suppression device for plasma processing equipment
US11527385B2 (en) 2021-04-29 2022-12-13 COMET Technologies USA, Inc. Systems and methods for calibrating capacitors of matching networks
US11107661B2 (en) 2019-07-09 2021-08-31 COMET Technologies USA, Inc. Hybrid matching network topology
US11596309B2 (en) 2019-07-09 2023-03-07 COMET Technologies USA, Inc. Hybrid matching network topology
JP2022546488A (ja) 2019-08-28 2022-11-04 コメット テクノロジーズ ユーエスエー インコーポレイテッド 高出力低周波数コイル
US11887820B2 (en) 2020-01-10 2024-01-30 COMET Technologies USA, Inc. Sector shunts for plasma-based wafer processing systems
US11670488B2 (en) 2020-01-10 2023-06-06 COMET Technologies USA, Inc. Fast arc detecting match network
US11830708B2 (en) 2020-01-10 2023-11-28 COMET Technologies USA, Inc. Inductive broad-band sensors for electromagnetic waves
US11521832B2 (en) 2020-01-10 2022-12-06 COMET Technologies USA, Inc. Uniformity control for radio frequency plasma processing systems
US11605527B2 (en) 2020-01-20 2023-03-14 COMET Technologies USA, Inc. Pulsing control match network
US11961711B2 (en) 2020-01-20 2024-04-16 COMET Technologies USA, Inc. Radio frequency match network and generator
US11373844B2 (en) 2020-09-28 2022-06-28 COMET Technologies USA, Inc. Systems and methods for repetitive tuning of matching networks
US11923175B2 (en) 2021-07-28 2024-03-05 COMET Technologies USA, Inc. Systems and methods for variable gain tuning of matching networks
JP7433278B2 (ja) * 2021-09-01 2024-02-19 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 センサ装置および空気調和機
CN114353955B (zh) * 2021-12-31 2023-07-28 东莞市鑫泰仪器仪表有限公司 非制冷红外探测器成像调节系统及方法
FR3133503A1 (fr) * 2022-03-11 2023-09-15 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Amplificateurs à transimpédance
US11657980B1 (en) 2022-05-09 2023-05-23 COMET Technologies USA, Inc. Dielectric fluid variable capacitor
WO2023230102A1 (en) * 2022-05-27 2023-11-30 Basf Corporation Pyrometer electronics design for modern industry protocols
US20240014825A1 (en) * 2022-07-11 2024-01-11 Applied Materials, Inc. Algorithm for accurately converting a wide range of photo signals into an electrical current

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5897610A (en) * 1994-09-26 1999-04-27 Luxtron Corporation Electro optical board assembly for measuring the temperature of an object surface from infra red emissions thereof including an automatic gain control therefore
US20010050333A1 (en) * 2000-06-13 2001-12-13 Feng Kai D. Differential photoelectric receiver circuit

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60188381U (ja) * 1984-05-25 1985-12-13 株式会社クボタ 電圧比較回路
JP2560747B2 (ja) 1987-09-22 1996-12-04 ミノルタ株式会社 光電変換装置
JPH05312846A (ja) * 1992-05-13 1993-11-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 送電線の電流計測装置
JPH0851328A (ja) 1994-08-08 1996-02-20 Takumi Konishi 小信号増幅回路
JP2000217787A (ja) 1999-02-01 2000-08-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd 赤外線温度計および赤外線体温計
JP2001174489A (ja) * 1999-12-22 2001-06-29 Nec Miyagi Ltd デジタル電圧計
JP2001349787A (ja) 2000-06-06 2001-12-21 Seiko Epson Corp 赤外線検出素子および測温計
US7445382B2 (en) 2001-12-26 2008-11-04 Mattson Technology Canada, Inc. Temperature measurement and heat-treating methods and system
JP2005216984A (ja) 2004-01-28 2005-08-11 Yokogawa Electric Corp フォトダイオード受光回路
US7620331B2 (en) 2004-03-12 2009-11-17 Finisar Corporation Receiver circuit having an optical receiving device
JP2006270923A (ja) * 2005-02-25 2006-10-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電力増幅器およびポーラー変調システム
IL167641A (en) 2005-03-24 2011-07-31 Semi Conductor Devices An Elbit Systems Rafael Partnership A system for measuring and compensating for changes in the case temperature in systems based on bulometers
JP2009105858A (ja) * 2007-10-25 2009-05-14 Ricoh Co Ltd 出力装置及び半導体集積装置
JP5305387B2 (ja) 2007-12-25 2013-10-02 セイコーインスツル株式会社 光検出装置、及び画像表示装置
WO2009117102A2 (en) 2008-03-17 2009-09-24 Npe Systems, Inc. Background light detection system for a flow cytometer
PT2501036E (pt) 2011-03-17 2014-09-03 Ditest Fahrzeugdiagnose Gmbh Disposição de circuitos para a avaliação de medições fotoeléctricas
US9121762B2 (en) * 2012-05-10 2015-09-01 Voxtel, Inc. Discriminating photo counts and dark counts in an avalanche photodiode output

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5897610A (en) * 1994-09-26 1999-04-27 Luxtron Corporation Electro optical board assembly for measuring the temperature of an object surface from infra red emissions thereof including an automatic gain control therefore
US20010050333A1 (en) * 2000-06-13 2001-12-13 Feng Kai D. Differential photoelectric receiver circuit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108134581A (zh) * 2017-12-27 2018-06-08 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种光电二极管精密信号调理模块
TWI735399B (zh) * 2020-12-24 2021-08-01 神煜電子股份有限公司 具消除暗電流的光感測裝置
WO2022150939A1 (zh) * 2021-01-12 2022-07-21 尼奥耐克索斯有限私人贸易公司 用于差分输出电压的模数转换器以及模数转换方法

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KR20170097197A (ko) 2017-08-25
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