CN108627815A - 具有2态的单位增益缓冲器 - Google Patents

具有2态的单位增益缓冲器 Download PDF

Info

Publication number
CN108627815A
CN108627815A CN201810233523.9A CN201810233523A CN108627815A CN 108627815 A CN108627815 A CN 108627815A CN 201810233523 A CN201810233523 A CN 201810233523A CN 108627815 A CN108627815 A CN 108627815A
Authority
CN
China
Prior art keywords
state
unity gain
voltage
diode
gain buffer
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
CN201810233523.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108627815B (zh
Inventor
J·阿杜特
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.)
Analog Devices International ULC
Original Assignee
Linear Technology LLC
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 Linear Technology LLC filed Critical Linear Technology LLC
Publication of CN108627815A publication Critical patent/CN108627815A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108627815B publication Critical patent/CN108627815B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/489—Gain of receiver varied automatically during pulse-recurrence period
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4918—Controlling received signal intensity, gain or exposure of sensor
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/4508—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using bipolar transistors as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475—Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/50—Amplifiers in which input is applied to, or output is derived from, an impedance common to input and output circuits of the amplifying element, e.g. cathode follower
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3084—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in receivers or transmitters for electromagnetic waves other than radiowaves, e.g. lightwaves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45026—One or more current sources are added to the amplifying transistors in the differential amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45288—Differential amplifier with circuit arrangements to enhance the transconductance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45—Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45356—Indexing scheme relating to differential amplifiers the AAC comprising one or more op-amps, e.g. IC-blocks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本公开涉及具有2态的单位增益缓冲器。单位增益缓冲器提供输入信号耦合到输出端的“ON”状态和输入信号与输出端隔离的“OFF”状态。多单位增益缓冲器可以共享相同的负载以形成电压‑模式最大跟随器或多路复用器。

Description

具有2态的单位增益缓冲器
技术领域
本发明涉及模拟放大器。具体地说，本发明涉及可以用于诸如电压-模式最大跟随器或多路复用器的模拟放大器。
背景技术
在没有任何移动机械部件的固态光检测和测距(LIDAR)系统变得可用之前，需要商用现货(COTS)接收器来解决多通道高电平中的板，功率和成本限制性能LIDAR接收器。
高分辨率多通道LIDAR系统(例如具有高级驾驶员辅助系统的车辆)使用多个激光器和多个光电传感器，例如雪崩光电二极管(“APD”)。在这样的系统中，TIA通常将来自APD的光能转换为电能。为了减少LIDAR接收器的电路板面积，功耗和材料清单，每个TIA可以在多个APD之间复用。这种多路复用是通过使用信号路径中的附加模拟开关和增益模块来实现的。图1(a)示出了常规TIA 100，其由前置放大器101和单端输出缓冲器102组成，通过2：1选择器或多路复用器103接收输入信号。例如，在2016年3月29日授予Lenius等人的标题为“Systems and Methods for Selectable Photodiode circuits circuits”的美国专利9,299,731中公开了这种电路配置。在该电路配置中，开关的导通电阻并且TIA输入端的电容增加会增加噪声增益。因此，这种方法会降低接收机的带宽和动态范围。
为了提高噪声性能，一种方法是放弃多路复用TIA并将开关置于TIA的输出端，如图1(b)所示图1(b)示出了多路复用传统TIA 110和111的输出信号的开关112。开关112可以由形成在集成电路中的开关来实现，诸如来自Analog Devices，Inc.的电压模式单刀双掷(SPDT)ADG788。但是，这种开关限制了带宽，并且可能需要额外的电源电压，以免限制信号摆动。此外，这样的开关具有缓慢的转换时间(例如，20ns)。为实现更短的转换时间，电流模式切换可用于实现5ns以下的切换时间，并且经过精心设计，可在标准双极性工艺中实现亚纳秒级切换时间。在电压-模式中构建快速转换开关是一项挑战，即使在绝缘体上硅工艺中，这可能相当昂贵。
开关112的一种替代实施方式是电压-模式最大跟随器电路。图2(a)示出了常规电压-模式最大跟随器电路200，其包括多个公共集电极级201-1,201-2，...，201-N，每个公共集极级包括双极型晶体管(例如双极型晶体管202-1,202-2，...，202-N)。这些双极晶体管的发射极端子连接到公共电流源204，并且它们的基极端子分别由输入端子in1，in2，...，inN中的相应一个输入信号控制。公共集电极级201-1,201-2，...，201-N是共享相同输出端203的射极跟随器。通过将有源输入端子的最小电压保持为高于任何无源输入端子处的最大电压，电压-模式最大跟随器电路200可以用作输出多路复用器。以这种方式，只有单个有源端子中的信号被提供给公共输出端203。具有无源输入端子的双极晶体管中的电流基本上被公共输出端203抑制。图1(b)的方法需要每个输入信号通道都有专用的TIA，因此会增加成本。另一个困难是目前最先进的COTS TIA不能直接纳入这种方法。
例如，常规COTS TIA提供单端输出信号，通常来自单位增益缓冲器的输出级，如美国国家半导体的LM110集成电路。(例如，LM110的讨论可以在1994年11月的美国国家半导体的数据表LM110/LM210/LM310电压跟随器和1994年11月出版的IEEE Journal of Solid-State Circuits，4(4)：249-251，1969年8月中找到)。图2(b)示出了常规单位增益缓冲器250，其例如在LM110集成电路中实现。在单位增益缓冲器250中，输出端253的电压反馈通过电压反馈增强了基本射极跟随器的隔离度和线性度。
然而，常规单位增益缓冲器(例如单位增益缓冲器250)不能用作电压-模式最大跟随器电路(例如上述电压-模式最大跟随器电路200)中的公共集电极级或者在两个或更多个缓冲器共享相同的输出负载的输出多路复用器电路中。为了说明，图3(a)示出了使用单位增益缓冲器301和302共享输出节点303来构建电压-模式最大跟随器300的不成功的尝试。在图3(a)中，单位增益缓冲的电压反馈放大器A01器件301驱动晶体管Q01的发射极端子处的电压跟随输入信号in1，而单位增益缓冲器302的电压反馈放大器A02驱动晶体管Q02的发射极端子处的电压跟随输入信号in2。因此，电路300显示出不确定的信号争用。
因此，基于单位增益缓冲器的电压-模式最大跟随器电路是理想的，它允许具有较高电压的输入端子驱动输出节点，同时用相同输出节点的较低输入电压隔离其他输入端子。
发明内容
根据本发明的一个实施方案，单位增益缓冲器提供输入信号耦合到输出端的“ON”状态和输入信号与输出端隔离的“OFF”状态。多单位增益缓冲器可以共享相同的负载以形成电压-模式最大跟随器或多路复用器。
根据本发明的一个实施方案，2态单位增益缓冲器可具有输入端和输出端，并且可包括：(i)具有非反相输入端和反相输入端以及输出端的差分放大器；(ii)具有第一端、第二端和控制端的晶体管(例如双极晶体管)，其中(a)所述晶体管的第一端耦合电源电压参考，和(b)所述控制端耦合所述差分放大器的输出端；和(iii)具有第一端、第二端和第三端的二极管矩阵，其中(a)所述二极管矩阵的第一端耦合所述差分放大器的反相输入端，(b)所述二极管矩阵的第二端耦合所述晶体管的第二端，和(c)所述二极管矩阵的第三端耦合所述2态单位增益缓冲器的输出端。2态单位增益缓冲器可被配置为使得：(a)当所述2态单位增益缓冲器处于第一状态时，穿越二极管矩阵的第一和第二端的电压基本上是穿越导通二极管的电压降，和(b)当所述2态单位增益缓冲器处于第二状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端基本相同。
根据本发明的一个实施方案，第一电流源耦合在电源电压参考和二极管矩阵的第一端之间，第二电流源耦合在晶体管的第二端和接地参考之间，并且第三电流源耦合在接地电压参考和二极管矩阵的第三端之间。
根据本发明的一个实施方案，电压-模式最大电压跟随器电路可以通过将本发明的多个2态单位增益缓冲器连接到电压-模式最大电压跟随器电路的公共输出端来形成。
考虑到下面结合附图的详细描述，可以更好地理解本发明。
附图说明
图1(a)示出了常规TIA 100，其由前置放大器101和单端输出缓冲器102组成，通过2：1选择器或多路复用器103接收输入信号。
图1(b)示出了多路复用常规TIA 110和111的输出信号的开关112。
图2(a)示出常规电压-模式最大跟随器电路200。
图2(b)示出常规单位增益缓冲器250。
图3(a)示出了使用单位增益缓冲器301和302共享输出节点303来构建电压-模式最大跟随器300的不成功尝试。
图3(b)是示出根据本发明的一个实施例的共享输出端353的TIA 351和352的框图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的可用于构建电压-模式最大跟随器电路或输出多路复用器电路的2态单位增益缓冲器400。
图5示出了根据本发明的一个实施例的用于在ON状态下操作的2态单位增益缓冲器400的等效电路420。
图6示出了根据本发明的一个实施例的用于在关闭状态下操作的2态单位增益缓冲器400的等效电路450。
图7(a)示出了根据本发明的一个实施例的包括2态单位增益缓冲器701和702的电压-最大跟随器电路700。
图7(b)示出当2态单位增益缓冲器701处于ON状态并且2态单位增益缓冲器702处于OFF状态时，根据本发明的一个实施例的电压-最大跟随器电路700的等效电路750。
为了简化详细描述并促进附图之间的交叉参考，对附图中的相同元件分配相同的附图标记。
具体实施方式
本发明提供具有由单位增益缓冲器驱动的具有单端输出信号的TIA，其中两个状态可以在公共输出端与其他这样的TIA的输出信号组合而不需要额外的部件。这样的TIA可以用于构建适用于多通道LIDAR接收器的多路复用TIA。
图3(b)是示出根据本发明一个实施例的共享输出端353的TIA 351和352的框图。在图3(b)中，当TIA 351的单位增益缓冲器361被使能时，端子in1的输入信号耦合到输出端353，而TIA 352的单位增益缓冲器362被禁止，使in2端子的输入信号与公共输出端353隔离。与现有技术单位增益缓冲器不同，本发明的单位增益缓冲器361和362各自在任何给定时间以两种状态之一操作。在一种状态下，单位增益缓冲器在公共节点353处提供输出信号。在另一状态中，单位增益缓冲器处于基本高阻状态。
本发明的2态单位增益缓冲器包括电流转向二极管，与信号通路中的附加开关可提供更好的隔离和更快的开关速度。本发明的TIA的N个实例可以被组合以形成N：1多路复用器，而在信号路径中没有额外的组件，同时保持低噪声和高带宽。使用本发明的TIA，多通道LIDAR接收器可以解决电路板、功率和成本限制。本发明的这种多通道LIDAR接收机中的TIA可以在单独的集成电路上或在相同的集成电路上提供。将本发明的多个TIA集成在多通道LIDAR接收器中实现了低信道功率，并提供可编程或可变增益来优化动态范围。
图4示出了根据本发明的一个实施例的可用于构建电压-模式最大跟随器电路或输出多路复用器电路的2态单位增益缓冲器400。如图4所示，2态单位增益缓冲器400包括形成二极管矩阵的差分放大器A0、双极型晶体管Q0、二极管D1、D2和D3以及电流源402、403和404，分别提供电流I2、I0和I1。2态单位增益缓冲器400以两种截然不同的状态操作：“开”和“关”。
在“导通”状态下，二极管D3不导通，差分放大器A0的反相输入端和晶体管Q0的发射极端都通过二极管D2和D1耦合到输出端405。图5示出了等效电路420用于根据本发明的一个实施例在开启状态下操作的单位增益缓冲器400。在这种配置中，从晶体管Q0的发射极端流出的电流和二极管D1和D2中的电流分别为I0+I1-I2、I0-I2和I2。在这种结构中，差分放大器A0的反相端和晶体管Q0的发射极端基本相等。
然而，在OFF状态下，二极管D3导通，导致电流源402和晶体管Q0中的电流偏离输出端405。图6示出了根据本发明的一个实施例在OFF状态下工作的2态单位增益缓冲器400的等效电路450。在此配置中，流出双极晶体管Q0的电流和二极管D3中的电流分别为I1-I2和I2。
表1总结了ON和OFF状态下的晶体管和二极管电流：
状态 Q0 D1 D2 D3
ON I0+I1-I2, I0-I2 I2 0
OFF I1-I2 0 0 I2
图7(a)示出了根据本发明的一个实施例的包括2态单位增益缓冲器701和702的电压-最大跟随器电路700。如图7(a)所示，2态单位增益缓冲器701和702的输出端连接在公共节点705处。图7(a)还示出了分别应用于2态单位增益缓冲器701和702的示例性输入电压1.8伏和1.4伏。假定导通二极管两端的电压降大致为0.8伏特，在图7(a)中，双极晶体管Q01和Q02的基极端子以及相应的2态单位增益缓冲器701和702中的二极管D11、D21和D31以及D12、D22和D32的输入端和输出端也示出了示例性电压。因此，图7(a)表示2态单位增益缓冲器701处于ON状态，2态单位增益缓冲器702处于OFF状态。在每个2态单位增益缓冲器中，各个差分放大器A01和A02保持耦合到它们各自的双极晶体管Q01和Q02，使得各个发射极输出端的电压快速地跟随它们各自的输入电压，从而允许在每个2态单位增益缓冲器之间快速转换ON和OFF状态。为了最小化处于ON状态的2态单位增益缓冲器中的输入端和输出端之间的偏移，2态单位增益缓冲器中的电流源可以被编程为在双极晶体管的发射极电流中保持相同的电流密度。
图7(b)示出当2态单位增益缓冲器701处于ON状态并且2态单位增益缓冲器702处于OFF状态时，根据本发明的一个实施例的电压-最大跟随器电路700的等效电路750。
尽管图7(a)中仅示出了两个2态单位增益缓冲器，但本发明的电压-模式最大电压跟随器电路可以包括任意数量的2态单位增益缓冲器，其各自的二极管矩阵共享一个公共输出端，同时保持最大的频率响应。
因此，本发明实现了低成本的LIDAR系统，因为2态单位增益缓冲器使得可以将多个通道的输出端连接在一起，而无需在信号路径中使用额外的开关，并且不会损害TIA中实现的性能(例如，带宽性能)，所述TIA将输入信号提供给2态单位增益缓冲器。
提供以上详细描述是为了说明本发明的具体实施例，而不是限制性的。在本发明的范围内的许多变化和修改是可能的。在所附权利要求中阐述了本发明。

Claims (26)

1.一种多通道光检测和测距(LIDAR)系统，具有多个信号通道，每个通道接收来自相应光传感器的输入信号，所述信号通道包括：
前置放大器，接收所述输入信号并提供放大的信号；和
2态单位增益缓冲器，接收来自所述前置放大器的放大的信号并在输出端提供输出信号，其中所述信号通道的输出端连接在一起，使得所述信号通道的2态单位增益缓冲器形成最大电压跟随器电路。
2.权利要求1所述的LIDAR系统，其中每个信号通道包括跨阻放大器。
3.权利要求1所述的LIDAR系统，其中每个2态单位增益缓冲器包括：
具有非反相输入端和反相输入端以及输出端的差分放大器；
具有第一端、第二端和控制端的晶体管，其中(a)所述晶体管的第一端耦合电源电压参考，和(b)所述控制端耦合所述差分放大器的输出端；和
具有第一端、第二端和第三端的二极管矩阵，其中(a)所述二极管矩阵的第一端耦合所述差分放大器的反相输入端，(b)所述二极管矩阵的第二端耦合所述晶体管的第二端，和(c)所述二极管矩阵的第三端耦合所述2态单位增益缓冲器的输出端。
4.权利要求3所述的LIDAR系统，其中每个2态单位增益缓冲器被配置为使得：(a)当所述2态单位增益缓冲器处于第一状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本等于穿越导通二极管的电压降的电压差，和(b)当所述2态单位增益缓冲器处于第二状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本相同的电压。
5.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，二极管连接2态单位增益缓冲器中二极管矩阵的第一和第二端。
6.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，二极管将二极管矩阵的第三端连接到二极管矩阵的第一和第二端的每一个。
7.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在电源电压参考和二极管矩阵的第一端之间。
8.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在晶体管的第二端和接地参考之间。
9.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在接地电压参考和二极管矩阵的第三端之间。
10.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，该晶体管包括双极晶体管。
11.具有多个输入端和输出端的电压-模式最大电压跟随器电路，包括多个2态单位增益缓冲器，每个2态单位增益缓冲器具有输入端和输出端，其中每个2态单位增益缓冲器的输入端耦合电压-模式最大电压跟随器电路的相应一个输入端，并且其中每个2态单位增益缓冲器的输出端耦合电压-模式最大电压跟随器电路的输出端，2态单位增益缓冲器耦合在电源电压参考和接地电压参考之间，每个2态单位增益缓冲器包括：
具有非反相输入端和反相输入端以及输出端的差分放大器；
具有第一端、第二端和控制端的晶体管，其中(a)所述晶体管的第一端耦合电源电压参考，和(b)所述控制端耦合所述差分放大器的输出端；和
具有第一端、第二端和第三端的二极管矩阵，其中(a)所述二极管矩阵的第一端耦合所述差分放大器的反相输入端，(b)所述二极管矩阵的第二端耦合所述晶体管的第二端，和(c)所述二极管矩阵的第三端耦合所述2态单位增益缓冲器的输出端。
12.权利要求11所述的电压-模式最大电压跟随器电路，其中每个2态单位增益缓冲器被配置为使得：(a)当所述2态单位增益缓冲器处于第一状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本等于穿越导通二极管的电压降的电压差，和(b)当所述2态单位增益缓冲器处于第二状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本相同的电压。
13.权利要求12所述的电压-模式最大电压跟随器电路，其中在每个2态单位增益缓冲器中，二极管连接2态单位增益缓冲器中二极管矩阵的第一和第二端。
14.权利要求12所述的电压-模式最大电压跟随器电路，其中在每个2态单位增益缓冲器中，二极管将二极管矩阵的第三端连接到二极管矩阵的第一和第二端的每一个。
15.权利要求12所述的电压-模式最大电压跟随器电路，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在电源电压参考和二极管矩阵的第一端之间。
16.权利要求12所述的电压-模式最大电压跟随器电路，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在晶体管的第二端和接地参考之间。
17.权利要求12所述的电压-模式最大电压跟随器电路，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在接地电压参考和二极管矩阵的第三端之间。
18.权利要求12所述的电压-模式最大电压跟随器电路，其中在每个2态单位增益缓冲器中，该晶体管包括双极晶体管。
19.2态单位增益缓冲器，具有输入端和输出端，并耦合在电源电压参考和接地电压参考之间，所述2态单位增益缓冲器包括：
具有非反相输入端和反相输入端以及输出端的差分放大器；
具有第一端、第二端和控制端的晶体管，其中(a)所述晶体管的第一端耦合电源电压参考，和(b)所述控制端耦合所述差分放大器的输出端；和
具有第一端、第二端和第三端的二极管矩阵，其中(a)所述二极管矩阵的第一端耦合所述差分放大器的反相输入端，(b)所述二极管矩阵的第二端耦合所述晶体管的第二端，和(c)所述二极管矩阵的第三端耦合所述2态单位增益缓冲器的输出端。
20.权利要求19所述的2态单位增益缓冲器，配置为使得：(a)当所述2态单位增益缓冲器处于第一状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本等于穿越导通二极管的电压降的电压差，和(b)当所述2态单位增益缓冲器处于第二状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本相同的电压。
21.权利要求20所述的2态单位增益缓冲器，其中二极管连接二极管矩阵的第一和第二端。
22.权利要求20所述的2态单位增益缓冲器，其中二极管将二极管矩阵的第三端连接到二极管矩阵的第一和第二端的每一个。
23.权利要求19所述的2态单位增益缓冲器，其中电流源耦合在电源电压参考和二极管矩阵的第一端之间。
24.权利要求19所述的2态单位增益缓冲器，其中电流源耦合在晶体管的第二端和接地参考之间。
25.权利要求19所述的2态单位增益缓冲器，其中电流源耦合在接地电压参考和二极管矩阵的第三端之间。
26.权利要求19所述的2态单位增益缓冲器，其中该晶体管包括双极晶体管。
CN201810233523.9A 2017-03-21 2018-03-21 具有2态的单位增益缓冲器 Active CN108627815B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/465,562 US10620299B2 (en) 2017-03-21 2017-03-21 Unity gain buffer with two states
US15/465,562 2017-03-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108627815A true CN108627815A (zh) 2018-10-09
CN108627815B CN108627815B (zh) 2022-09-27

Family

ID=63450347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810233523.9A Active CN108627815B (zh) 2017-03-21 2018-03-21 具有2态的单位增益缓冲器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10620299B2 (zh)
JP (1) JP6656283B2 (zh)
CN (1) CN108627815B (zh)
DE (1) DE102018106140B4 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10620299B2 (en) 2017-03-21 2020-04-14 Linear Technology Corporation Unity gain buffer with two states

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10338224B2 (en) 2017-03-27 2019-07-02 Analog Devices Global Unlimited Company High dynamic range analog front-end receiver for long range LIDAR
US10686412B2 (en) * 2017-03-29 2020-06-16 Linear Technology Corporation Trans-impedance amplifier with fast overdrive recovery
US11555897B2 (en) 2018-07-02 2023-01-17 Analog Devices International Unlimited Company Transimpedance amplifier with pulse widening
WO2021015796A1 (en) * 2019-07-25 2021-01-28 Didi Research America, Llc Low noise frontends for lidar receiver and methods for controlling the same
US11323085B2 (en) 2019-09-04 2022-05-03 Analog Devices International Unlimited Company Voltage-to-current converter with complementary current mirrors
US10972117B2 (en) 2019-09-09 2021-04-06 Analog Devices International Unlimited Company Differential clamp circuits with current recirculation
US11271556B2 (en) 2019-09-19 2022-03-08 Analog Devices International Unlimited Company Modular analog signal multiplexers for differential signals
US11277106B2 (en) 2019-09-25 2022-03-15 Analog Devices International Unlimited Company Transimpedance amplifiers with adjustable input range
US11467267B1 (en) 2021-07-09 2022-10-11 Aeva, Inc. Techniques for automatic gain control in a time domain for a signal path for a frequency modulated continuous wave (FMCW) light detection and ranging (LIDAR) system

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180706A (ja) * 1998-12-16 2000-06-30 Canon Inc 信号処理装置及び撮像装置
CN101388653A (zh) * 2007-09-14 2009-03-18 索尼株式会社 增益控制电路以及使用其的光学记录和再生装置
CN101594139A (zh) * 2009-06-22 2009-12-02 中国科学院微电子研究所 一种基于源极跟随器的缓冲器
CN103327282A (zh) * 2013-07-22 2013-09-25 苏州硅智源微电子有限公司 增加放大器非工作状态输出阻抗的方法
US20130258157A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Dongbu Hitek Co., Ltd. Stepped ramp signal generator and image sensor using the same
CN103647514A (zh) * 2013-11-27 2014-03-19 苏州贝克微电子有限公司 一种应用于电流电压互阻放大器及其它电路的交流耦合回路
CN104049193A (zh) * 2013-03-14 2014-09-17 马克西姆综合产品公司 雪崩光电二极管检测器系统
JP2015007615A (ja) * 2013-05-24 2015-01-15 アドヴァンスド サイエンティフィック コンセプツ，インコーポレイテッドＡｄｖａｎｃｅｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ，Ｉｎｃ． 自動車補助レーダセンサ
US9069060B1 (en) * 2013-03-13 2015-06-30 Google Inc. Circuit architecture for optical receiver with increased dynamic range
TW201526529A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 Orise Technology Co Ltd 單增益緩衝器
CN105099432A (zh) * 2014-05-19 2015-11-25 奇景光电股份有限公司 输出缓冲器
US9299731B1 (en) * 2013-09-30 2016-03-29 Google Inc. Systems and methods for selectable photodiode circuits
CN105467377A (zh) * 2015-11-30 2016-04-06 天津大学 一种基于自混频探测器的三维激光成像雷达读出电路

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000022456A (ja) 1998-06-26 2000-01-21 Nec Ic Microcomput Syst Ltd 半導体集積回路
US8872549B2 (en) 2013-02-19 2014-10-28 Analog Devices, Inc. Analog minimum or maximum voltage selector circuit
US9933513B2 (en) 2016-02-18 2018-04-03 Aeye, Inc. Method and apparatus for an adaptive ladar receiver
US10620299B2 (en) 2017-03-21 2020-04-14 Linear Technology Corporation Unity gain buffer with two states

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000180706A (ja) * 1998-12-16 2000-06-30 Canon Inc 信号処理装置及び撮像装置
CN101388653A (zh) * 2007-09-14 2009-03-18 索尼株式会社 增益控制电路以及使用其的光学记录和再生装置
CN101594139A (zh) * 2009-06-22 2009-12-02 中国科学院微电子研究所 一种基于源极跟随器的缓冲器
US20130258157A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Dongbu Hitek Co., Ltd. Stepped ramp signal generator and image sensor using the same
US9069060B1 (en) * 2013-03-13 2015-06-30 Google Inc. Circuit architecture for optical receiver with increased dynamic range
CN104049193A (zh) * 2013-03-14 2014-09-17 马克西姆综合产品公司 雪崩光电二极管检测器系统
US20150258990A1 (en) * 2013-05-24 2015-09-17 Advanced Scientific Concepts, Inc. Automotive auxiliary ladar sensor
JP2015007615A (ja) * 2013-05-24 2015-01-15 アドヴァンスド サイエンティフィック コンセプツ，インコーポレイテッドＡｄｖａｎｃｅｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ，Ｉｎｃ． 自動車補助レーダセンサ
CN103327282A (zh) * 2013-07-22 2013-09-25 苏州硅智源微电子有限公司 增加放大器非工作状态输出阻抗的方法
US9299731B1 (en) * 2013-09-30 2016-03-29 Google Inc. Systems and methods for selectable photodiode circuits
CN103647514A (zh) * 2013-11-27 2014-03-19 苏州贝克微电子有限公司 一种应用于电流电压互阻放大器及其它电路的交流耦合回路
TW201526529A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 Orise Technology Co Ltd 單增益緩衝器
CN105099432A (zh) * 2014-05-19 2015-11-25 奇景光电股份有限公司 输出缓冲器
CN105467377A (zh) * 2015-11-30 2016-04-06 天津大学 一种基于自混频探测器的三维激光成像雷达读出电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
江桓: "激光干涉测速系统中超宽带光电探测器的研究与设计", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 信息科技辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10620299B2 (en) 2017-03-21 2020-04-14 Linear Technology Corporation Unity gain buffer with two states

Also Published As

Publication number Publication date
US10620299B2 (en) 2020-04-14
JP2018159706A (ja) 2018-10-11
JP6656283B2 (ja) 2020-03-04
CN108627815B (zh) 2022-09-27
DE102018106140A1 (de) 2018-09-27
DE102018106140B4 (de) 2023-06-15
US20180275250A1 (en) 2018-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108627815A (zh) 具有2态的单位增益缓冲器
US6445022B1 (en) Increasing pixel conversion gain in CMOS image sensors
EP1436898B1 (en) Data signal amplifier with automatically controllable dynamic signal range
CN207706136U (zh) 通信系统及跨阻放大器
US20090261900A1 (en) Apparatus for Coupling at Least One of a Plurality of Amplified Input Signals to an Output Terminal Using a Directional Coupler
US9088738B2 (en) Solid-state image pickup device and method of driving the same
JP2013146045A (ja) 電子回路
US9196643B2 (en) Solid-state imaging device having photoelectric conversion units on a first substrate and a plurality of circuits on a second substrate
CN108377346A (zh) 混合键合的图像传感器的电路和读取方法
US5977828A (en) Multiple-tail transconductance switchable gain amplifer
CN109884612B (zh) 一种多通道单光子雪崩二极管探测器的脉冲时间压缩方法
KR101580178B1 (ko) 이미지 센서
US9001248B2 (en) Solid state imaging device with additive read mode
US20160277696A1 (en) Image sensor and method for driving image sensor
US6023363A (en) Optical transmission apparatus
CN1697314A (zh) 抽样信号放大器
US10979657B2 (en) Image sensor circuit with reduced noise interference and control method thereof
CN106716993A (zh) 具有改进的脉冲形状读出的固态光电倍增管
KR101205720B1 (ko) 통신 시스템에서 신호 송수신 장치
CN112054771A (zh) 具有多通道双开关控制的跨阻放大器阵列芯片及激光雷达
JP2000307959A (ja) 固体撮像装置
US20070126481A1 (en) Peak detector
US11917313B2 (en) Solid-state imaging device
CN212627817U (zh) 具有多通道双开关控制的跨阻放大器阵列芯片及激光雷达
CN116131833B (zh) 雪崩二极管控制电路

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
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211208

Address after: Limerick

Applicant after: ANALOG DEVICES INTERNATIONAL UNLIMITED Co.

Address before: California, USA

Applicant before: Linear Technology Corp.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant