CN109031245A - 用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路 - Google Patents

用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，包括四象限探测器，四象限探测器的四象限进行光电转换后输出的电流信号分别送入第一级放大电路，第一级放大电路将电流信号转换为电压信号并进行信号放大，第一级放大电路的输出信号送入第二级放大电路进行放大。本发明将第一级放大电路的反馈电阻阻值设定具体的范围，有效提高了响应带宽，使得近距离探测二级放大电路输出饱和时，能够利用一级放大电路输出电压进行后续处理，从而保证探测精度，提高探测动态范围；将第二级放大电路的放大倍数取为不小于500,整个四象限探测器信号放大电路的总放大倍数为从而提高增益，增加雷达可探测距离，提高探测精度。

Description

用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，特别是涉及一种用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路。
背景技术
四象限探测器(QD)以其高频谱响应范围、高定位精度、解算速度快等优点，广泛应用于激光准直、激光对中、激光导向、激光制导、激光告警、激光侦察、激光自动跟踪等领域中。四象限探测器是将四个性能几乎完全一样的光电管按四象限分布的形式集成而成，利用四个象限输出的光信号大小按一定算法计算定位光斑。四象限探测器用于激光雷达等激光探测应用中，激光回波信号往往很弱，激光重复频率高，激光脉宽窄，激光雷达往往要求大的探测动态范围，因此四象限探测器信号放大电路要求高增益、高响应带宽、高动态范围。然而，在现有技术中，采用一级放大结构无法满足要求，一般采用多级放大和增益控制方法，但技术较为复杂。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种结构简单的、高增益、高响应带宽、高动态范围的用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，包括四象限探测器，四象限探测器的的四象限进行光电转换后输出的电流信号分别送入第一级放大电路，第一级放大电路将电流信号转换为电压信号并进行信号放大，第一级放大电路的输出信号送入第二级放大电路进行放大。
进一步，所述第一级放大电路包括运算放大器A1、运算放大器A2、运算放大器A3和运算放大器A4，四象限探测器的第一象限输出电流信号输入运算放大器A1的反相输入端，运算放大器A1的同相输入端通过电阻R1接地，运算放大器A1的输出端与反相输入端之间接有电阻R2，运算放大器A1的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第二象限输出电流信号输入运算放大器A2的反相输入端，运算放大器A2的同相输入端通过电阻R6接地，运算放大器A2的输出端与反相输入端之间接有电阻R7，运算放大器A2的输出端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第三象限输出电流信号输入运算放大器A3的反相输入端，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R11接地，运算放大器A3的输出端与反相输入端之间接有电阻R12，运算放大器A3的输出端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第四象限输出电流信号输入运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4的同相输入端通过电阻R16接地，运算放大器A4的输出端与反相输入端之间接有电阻R17，运算放大器A4的输出端连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接第二级放大电路。
进一步，所述第二级放大电路包括运算放大器A5和运算放大器A6，电阻R3的另一端连接运算放大器A5的第一反相输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器A5的第二反相输入端，运算放大器A5的第一同相输入端通过电阻R5接地，运算放大器A5的第二同相输入端通过电阻R10接地，运算放大器A5的第一输出端与电阻R3的另一端之间接有电阻R4，运算放大器A5的第二输出端与电阻R8的另一端之间接有电阻R9；电阻R13的另一端连接运算放大器A6的第一反相输入端，电阻R18的另一端连接运算放大器A6的第二反相输入端，运算放大器A6的第一同相输入端通过电阻R15接地，运算放大器A6的第二同相输入端通过电阻R20接地，运算放大器A6的第一输出端与电阻R13的另一端之间接有电阻R14，运算放大器A6的第二输出端与电阻R18的另一端之间接有电阻R19。
进一步，所述电阻R2、电阻R7、电阻R12和电阻R17的取值范围均为小于GBP为第一级放大电路的增益带宽积，c为第一级放大电路的输入电容。
进一步，所述电阻R2、电阻R7、电阻R12和电阻R17的取值范围均为大于1MΩ。这样能够使得近距离探测二级放大电路输出饱和时，利用一级放大电路输出电压进行后续处理，从而能够保证探测精度，提高探测动态范围。
进一步，所述第二级放大电路的放大倍数不小于500；整个四象限探测器信号放大电路的总放大倍数为U2M为第二级放大电路的最大输出电压，IM为四象限探测器单象限的最大输出电流信号。这样能够提高增益，增加雷达可探测距离，提高探测精度。
有益效果：本发明公开了一种用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，采用两级放大电路，与现有技术相比，具有如下的有益效果：
1)相比现有技术中采用二级放大电路的信号放大电路，本发明结构更为简单，更方便实现；
2)本发明将第一级放大电路的反馈电阻R2、R7、R12和R17的阻值范围取为小于这样能够提高响应带宽；
3)本发明将第一级放大电路的反馈电阻R2、R7、R12和R17的阻值范围取为不小于1MΩ，这样能够使得近距离探测二级放大电路输出饱和时，利用一级放大电路输出电压进行后续处理，从而能够保证探测精度，提高探测动态范围；
4)本发明将第二级放大电路的放大倍数取为不小于500,整个四象限探测器信号放大电路的总放大倍数为这样能够提高增益，增加雷达可探测距离，提高探测精度。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中四象限探测器信号放大电路的框图；
图2为本发明具体实施方式中四象限探测器信号放大电路的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，如图1所示，包括四象限探测器，四象限探测器的四象限进行光电转换后输出的电流信号分别送入第一级放大电路，第一级放大电路将电流信号转换为电压信号并进行信号放大，第一级放大电路的输出信号送入第二级放大电路进行放大。
如图2所示，第一级放大电路包括运算放大器A1、运算放大器A2、运算放大器A3和运算放大器A4，四象限探测器的第一象限输出电流信号输入运算放大器A1的反相输入端，运算放大器A1的同相输入端通过电阻R1接地，运算放大器A1的输出端与反相输入端之间接有电阻R2，运算放大器A1的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第二象限输出电流信号输入运算放大器A2的反相输入端，运算放大器A2的同相输入端通过电阻R6接地，运算放大器A2的输出端与反相输入端之间接有电阻R7，运算放大器A2的输出端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第三象限输出电流信号输入运算放大器A3的反相输入端，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R11接地，运算放大器A3的输出端与反相输入端之间接有电阻R12，运算放大器A3的输出端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第四象限输出电流信号输入运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4的同相输入端通过电阻R16接地，运算放大器A4的输出端与反相输入端之间接有电阻R17，运算放大器A4的输出端连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接第二级放大电路。
如图2所示，第二级放大电路包括运算放大器A5和运算放大器A6，电阻R3的另一端连接运算放大器A5的第一反相输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器A5的第二反相输入端，运算放大器A5的第一同相输入端通过电阻R5接地，运算放大器A5的第二同相输入端通过电阻R10接地，运算放大器A5的第一输出端与电阻R3的另一端之间接有电阻R4，运算放大器A5的第二输出端与电阻R8的另一端之间接有电阻R9；电阻R13的另一端连接运算放大器A6的第一反相输入端，电阻R18的另一端连接运算放大器A6的第二反相输入端，运算放大器A6的第一同相输入端通过电阻R15接地，运算放大器A6的第二同相输入端通过电阻R20接地，运算放大器A6的第一输出端与电阻R13的另一端之间接有电阻R14，运算放大器A6的第二输出端与电阻R18的另一端之间接有电阻R19。
电阻R2、电阻R7、电阻R12和电阻R17的取值范围为：GBP为第一级放大电路的增益带宽积，c为第一级放大电路的输入电容。第二级放大电路的放大倍数不小于500。整个四象限探测器信号放大电路的总放大倍数为U2M为第二级放大电路的最大输出电压，IM为四象限探测器单象限的最大输出电流信号。
本具体实施方式中，运算放大器A1-A4为AD811JRZ，运算放大器A5和A6为TL082IPT，电阻R1、电阻R6、电阻R11和电阻R16的阻值为0Ω，电阻R2、电阻R7、电阻R12和电阻R17的阻值为2MΩ，电阻R5、电阻R10、电阻R15和电阻R20的阻值为510Ω，电阻R4和电阻R14的阻值为510KΩ，电阻R9和电阻R19的阻值为510KΩ。第一级放大电路为互阻抗放大电路，第二级放大电路为电压放大电路。GBP为120MHz，c为208pF，包括探测器并联电容和放大芯片输入电容。第二级放大电路最大输出电压为10V，激光雷达四象限探测器单象限的最大输出电流信号为25nA，总放大倍数为2GV/A，相应设置第二级放大电路放大倍数为1000。

Claims (6)

1.用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，其特征在于：包括四象限探测器，四象限探测器的四象限进行光电转换后输出的电流信号分别送入第一级放大电路，第一级放大电路将电流信号转换为电压信号并进行信号放大，第一级放大电路的输出信号送入第二级放大电路进行放大。
2.根据权利要求1所述的用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，其特征在于：所述第一级放大电路包括运算放大器A1、运算放大器A2、运算放大器A3和运算放大器A4，四象限探测器的第一象限输出电流信号输入运算放大器A1的反相输入端，运算放大器A1的同相输入端通过电阻R1接地，运算放大器A1的输出端与反相输入端之间接有电阻R2，运算放大器A1的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第二象限输出电流信号输入运算放大器A2的反相输入端，运算放大器A2的同相输入端通过电阻R6接地，运算放大器A2的输出端与反相输入端之间接有电阻R7，运算放大器A2的输出端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第三象限输出电流信号输入运算放大器A3的反相输入端，运算放大器A3的同相输入端通过电阻R11接地，运算放大器A3的输出端与反相输入端之间接有电阻R12，运算放大器A3的输出端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接第二级放大电路；四象限探测器的第四象限输出电流信号输入运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4的同相输入端通过电阻R16接地，运算放大器A4的输出端与反相输入端之间接有电阻R17，运算放大器A4的输出端连接电阻R18的一端，电阻R18的另一端连接第二级放大电路。
3.根据权利要求2所述的用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，其特征在于：所述第二级放大电路包括运算放大器A5和运算放大器A6，电阻R3的另一端连接运算放大器A5的第一反相输入端，电阻R8的另一端连接运算放大器A5的第二反相输入端，运算放大器A5的第一同相输入端通过电阻R5接地，运算放大器A5的第二同相输入端通过电阻R10接地，运算放大器A5的第一输出端与电阻R3的另一端之间接有电阻R4，运算放大器A5的第二输出端与电阻R8的另一端之间接有电阻R9；电阻R13的另一端连接运算放大器A6的第一反相输入端，电阻R18的另一端连接运算放大器A6的第二反相输入端，运算放大器A6的第一同相输入端通过电阻R15接地，运算放大器A6的第二同相输入端通过电阻R20接地，运算放大器A6的第一输出端与电阻R13的另一端之间接有电阻R14，运算放大器A6的第二输出端与电阻R18的另一端之间接有电阻R19。
4.根据权利要求3所述的用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，其特征在于：所述电阻R2、电阻R7、电阻R12和电阻R17的取值范围均为小于GBP为第一级放大电路的增益带宽积；c为第一级放大电路的输入电容。
5.根据权利要求3所述的用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，其特征在于：所述电阻R2、电阻R7、电阻R12和电阻R17的取值范围均为大于1MΩ。
6.根据权利要求3所述的用于激光雷达的四象限探测器信号放大电路，其特征在于：所述第二级放大电路的放大倍数不小于500；整个四象限探测器信号放大电路的总放大倍数为U2M为第二级放大电路的最大输出电压，IM为四象限探测器单象限的最大输出电流信号。
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