CN117741624A - 一种低噪声激光回波前端接收电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低噪声激光回波前端接收电路，接收电路包括光电传感器、跨阻放大电路、对地电阻、第一增益控制电路、第二增益控制电路、第一级调理电路以及第二级调理电路；光电传感器、跨阻放大电路、第一级调理电路以及第二级调理电路依次连接；跨阻放大电路与第一级调理电路之间设置有第一增益控制电路；第一级调理电路与第二级调理电路之间设置有第二增益控制电路。本发明中的方案，通过四位逻辑控制实现了五级增益调节，无需额外的DAC资源；省去了可控增益放大器，电源结构简单、整体功耗低；本发明提供的方案省去了可控增益放大器，具有更低的硬件成本；并且解决饱和信号输出存在的拖尾和过冲问题，具有更高的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明属于激光制导领域，具体为一种低噪声激光回波前端接收电路。
背景技术
光电传感器广泛应用于激光制导，主要涉及领域有海、陆、空目标的飞行器应用，因此光电传感器输出信号的调理显得尤为重要。光电传感器前端接收电路主要评测指标包含：响应度、动态范围、噪声峰峰值、功耗等。
现有技术中，光电传感器前端接收电路工作时，光电传感器将接收到的激光回波信号转换为电流信号，跨阻放大电路（TIA）将电流信号转换并放大为电压信号，随着目标位置的变化，光电传感器接收的回波强度跟随变化，根据传感器接收光强的变化调节VGA增益，以保证四路输出的电压信号在后端采集板允许范围内。
传统的光电传感器前端接收电路架构为“光电传感器+跨阻放大电路+可控增益放大器”，光电传感器将激光回波转换为电流信号，经过跨阻放大电路将电流信号转换为电压信号，配合可控增益放大器进行接收动态范围调整，实现目标的激光回波信号检测。要保证探测灵敏度和系统动态范围，则存在最大增益时系统输出噪声大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低噪声激光回波前端接收电路，以解决背景技术中提出的现有技术中，光电传感器前端接收电路工作时存在系统输出噪声大的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种低噪声激光回波前端接收电路，接收电路包括光电传感器、跨阻放大电路、对地电阻、第一增益控制电路、第二增益控制电路、第一级调理电路以及第二级调理电路；
光电传感器、跨阻放大电路、第一级调理电路以及第二级调理电路依次连接；跨阻放大电路与第一级调理电路之间设置有第一增益控制电路；第一级调理电路与第二级调理电路之间设置有第二增益控制电路。
根据上述技术方案，跨阻放大电路包括：第一运算放大器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第一直流电源以及对地电阻；
对地电阻与第二电容的一端与光电传感器连接，对地电阻的另一端接地；第二电容的另一端分别与第一电容、第一电阻以及第一运算放大器的一端连接；第一电容的另一端分别与第一电阻与第一运算放大器的另一端以及第一级调理电路连接；
第一运算放大器还与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第一直流电源的一端连接，第一直流电源的另一端接地。
根据上述技术方案，第一增益控制电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第三电容、第一模拟开关以及第二模拟开关；
第三电阻、第二模拟开关与第四电阻的一端与跨阻放大电路连接；第三电阻的另一端与第一模拟开关的一端连接，第一模拟开关的另一端分别与第二模拟开关的另一端、第四电阻的另一端、第五电阻的一端以及第一级调理电路连接；第五电阻的另一端与第三电容的一端连接，第三电容的另一端接地。
根据上述技术方案，第一级调理电路包括第二运算放大器、第四电容、第五电容、第六电容、第六电阻、第七电阻以及第二直流电源；
第六电容的一端与第一增益控制电路连接，第六电容的另一端分别与第二运算放大器以及第二直流电源的一端连接；第二运算放大器还分别与第六电阻、第七电阻以及第四电容的一端连接；
第六电阻的另一端与第五电容的一端连接，第五电容的另一端接地；第四电容的另一端分别与第七电阻的另一端、第二运算放大器的另一端以及第二增益控制电路连接；
第二直流电源的另一端接地。
根据上述技术方案，第二增益控制电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第七电容、第三模拟开关以及第四模拟开关；
第八电阻、第四模拟开关与第九电阻的一端与第一级调理电路连接；第八电阻的另一端与第三模拟开关的一端连接，第三模拟开关的另一端分别与第四模拟开关的另一端、第九电阻的另一端、第十电阻的一端以及第二级调理电路连接；第十电阻的另一端与第七电容的一端连接，第七电容的另一端接地。
根据上述技术方案，第二级调理电路包括第三运算放大器、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻以及第十四电阻；
第十三电阻的一端与第二增益控制电路连接；第十三电阻的另一端与第三运算放大器的一端连接；第三运算放大器还与第八电容的一端连接，第八电容的另一端分别与第十二电阻的一端、第三运算放大器的另一端以及第十电容的一端连接；
第十二电阻的另一端与第十一电阻的一端连接，第十一电阻的另一端与第九电容的一端连接，第九电容的另一端接地；
第十电容的另一端与第十四电阻的一端连接，第十四电阻的另一端接地；第十电容的另一端还用于输出阻抗匹配。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过本发明中的方案，系统信噪比有较大的提升，可进一步提升系统的动态范围；仅通过四位逻辑控制实现了五级增益调节，无需额外的DAC资源；省去了可控增益放大器，电源结构简单、整体功耗低；本发明提供的方案省去了可控增益放大器，具有更低的硬件成本；并且解决饱和信号输出存在的拖尾和过冲问题，具有更高的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明方案的整体技术结构框图；
图2为本发明方案跨阻放大电路的一个实例；
图3为本发明方案增益控制电路的一个实例；
图4为本发明方案第一级调理电路的一个实例；
图5为本发明方案第二级调理电路的一个实例；
图6为本发明架构（下）与传统架构（上）饱和输出信号特征对比示意图。
图中标记：100-第一运算放大器，101-第一电容，102-第一电阻，103-第二电容，104-第二电阻，105-第一直流电源；
200-对地电阻；
301-第三电阻，302-第一模拟开关，303-第二模拟开关，304-第四电阻，305-第五电阻，306-第三电容；
400-第二运算放大器，401-第四电容，402-第五电容，403-第六电阻，404-第七电阻，405-第六电容，406-第二直流电源；
501-第八电阻，502-第三模拟开关，503-第四模拟开关，504-第九电阻，505-第十电阻，506-第七电容；
600-第三运算放大器，601-第八电容，602-第九电容，603-第十一电阻，604-第十二电阻，605-第十电容，606-第十三电阻，607-第十四电阻。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，一种低噪声激光回波前端接收电路，接收电路包括光电传感器、跨阻放大电路、对地电阻、第一增益控制电路、第二增益控制电路、第一级调理电路以及第二级调理电路；
光电传感器、跨阻放大电路、第一级调理电路以及第二级调理电路依次连接；跨阻放大电路与第一级调理电路之间设置有第一增益控制电路；第一级调理电路与第二级调理电路之间设置有第二增益控制电路。
通过本发明中的方案，系统信噪比有较大的提升，可进一步提升系统的动态范围；仅通过四位逻辑控制实现了五级增益调节，无需额外的DAC资源；省去了可控增益放大器，电源结构简单、整体功耗低；本发明提供的方案省去了可控增益放大器，具有更低的硬件成本；并且解决饱和信号输出存在的拖尾和过冲问题，具有更高的抗干扰能力。
实施例二
本实施例为实施例一的进一步细化。
如图2所示，跨阻放大电路包括：第一运算放大器100、第一电容101、第二电容103、第一电阻102、第二电阻104、第一直流电源105以及对地电阻200；
对地电阻200与第二电容103的一端与光电传感器连接，对地电阻200的另一端接地；第二电容103的另一端分别与第一电容101、第一电阻102以及第一运算放大器100的一端连接；第一电容101的另一端分别与第一电阻102与第一运算放大器100的另一端以及第一级调理电路连接；
第一运算放大器100还与第二电阻104的一端连接，第二电阻104的另一端与第一直流电源105的一端连接，第一直流电源105的另一端接地。
如图3所示，第一增益控制电路包括第三电阻301、第四电阻304、第五电阻305、第三电容306、第一模拟开关302以及第二模拟开关303；
第三电阻301、第二模拟开关303与第四电阻304的一端与跨阻放大电路连接；第三电阻301的另一端与第一模拟开关302的一端连接，第一模拟开关302的另一端分别与第二模拟开关303的另一端、第四电阻304的另一端、第五电阻305的一端以及第一级调理电路连接；第五电阻305的另一端与第三电容306的一端连接，第三电容306的另一端接地。
如图4所示，第一级调理电路包括第二运算放大器400、第四电容401、第五电容402、第六电容405、第六电阻403、第七电阻404以及第二直流电源406；
第六电容405的一端与第一增益控制电路连接，第六电容405的另一端分别与第二运算放大器400以及第二直流电源406的一端连接；第二运算放大器400还分别与第六电阻403、第七电阻404以及第四电容401的一端连接；
第六电阻403的另一端与第五电容402的一端连接，第五电容402的另一端接地；第四电容401的另一端分别与第七电阻404的另一端、第二运算放大器400的另一端以及第二增益控制电路连接；
第二直流电源406的另一端接地。
如图3所示，第二增益控制电路包括第八电阻501、第九电阻504、第十电阻505、第七电容506、第三模拟开关502以及第四模拟开关503；
第八电阻501、第四模拟开关503与第九电阻504的一端与第一级调理电路连接；第八电阻501的另一端与第三模拟开关502的一端连接，第三模拟开关502的另一端分别与第四模拟开关503的另一端、第九电阻504的另一端、第十电阻505的一端以及第二级调理电路连接；第十电阻505的另一端与第七电容506的一端连接，第七电容506的另一端接地。
如图5所示，第二级调理电路包括第三运算放大器600、第八电容601、第九电容602、第十电容605、第十一电阻603、第十二电阻604、第十三电阻606以及第十四电阻607；
第十三电阻606的一端与第二增益控制电路连接；第十三电阻606的另一端与第三运算放大器600的一端连接；第三运算放大器600还与第八电容601的一端连接，第八电容601的另一端分别与第十二电阻604的一端、第三运算放大器600的另一端以及第十电容605的一端连接；
第十二电阻604的另一端与第十一电阻603的一端连接，第十一电阻603的另一端与第九电容602的一端连接，第九电容602的另一端接地；
第十电容605的另一端与第十四电阻607的一端连接，第十四电阻607的另一端接地；第十电容605的另一端还用于输出阻抗匹配。
本发明提出了一种低噪声激光回波前端接收电路，接收电路功能框图示意如图1所示，光电传感器将接收的光信号转换为电流信号，经对地电阻提供静态工作点后与跨阻放大电路进行连接，跨阻放大电路将输入的电流信号转换为电压信号并放大输出至第一级调理电路，跨阻放大电路经第一级增益控制电路与第一级调理电路进行连接，第一级调理电路将输入的电压信号进行调理放大并输出至第二级调理电路，第一级调理电路经第二级增益控制电路与第二级调理电路进行连接，第二级调理电路将输入电压信号进行调理放大并输出，结果如图6所示。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种低噪声激光回波前端接收电路，其特征在于：接收电路包括光电传感器、跨阻放大电路、对地电阻、第一增益控制电路、第二增益控制电路、第一级调理电路以及第二级调理电路；
光电传感器、跨阻放大电路、第一级调理电路以及第二级调理电路依次连接；跨阻放大电路与第一级调理电路之间设置有第一增益控制电路；第一级调理电路与第二级调理电路之间设置有第二增益控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种低噪声激光回波前端接收电路，其特征在于：跨阻放大电路包括：第一运算放大器（100）、第一电容（101）、第二电容（103）、第一电阻（102）、第二电阻（104）、第一直流电源（105）以及对地电阻（200）；
对地电阻（200）与第二电容（103）的一端与光电传感器连接，对地电阻（200）的另一端接地；第二电容（103）的另一端分别与第一电容（101）、第一电阻（102）以及第一运算放大器（100）的一端连接；第一电容（101）的另一端分别与第一电阻（102）与第一运算放大器（100）的另一端以及第一级调理电路连接；
第一运算放大器（100）还与第二电阻（104）的一端连接，第二电阻（104）的另一端与第一直流电源（105）的一端连接，第一直流电源（105）的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种低噪声激光回波前端接收电路，其特征在于：第一增益控制电路包括第三电阻（301）、第四电阻（304）、第五电阻（305）、第三电容（306）、第一模拟开关（302）以及第二模拟开关（303）；
第三电阻（301）、第二模拟开关（303）与第四电阻（304）的一端与跨阻放大电路连接；第三电阻（301）的另一端与第一模拟开关（302）的一端连接，第一模拟开关（302）的另一端分别与第二模拟开关（303）的另一端、第四电阻（304）的另一端、第五电阻（305）的一端以及第一级调理电路连接；第五电阻（305）的另一端与第三电容（306）的一端连接，第三电容（306）的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种低噪声激光回波前端接收电路，其特征在于：第一级调理电路包括第二运算放大器（400）、第四电容（401）、第五电容（402）、第六电容（405）、第六电阻（403）、第七电阻（404）以及第二直流电源（406）；
第六电容（405）的一端与第一增益控制电路连接，第六电容（405）的另一端分别与第二运算放大器（400）以及第二直流电源（406）的一端连接；第二运算放大器（400）还分别与第六电阻（403）、第七电阻（404）以及第四电容（401）的一端连接；
第六电阻（403）的另一端与第五电容（402）的一端连接，第五电容（402）的另一端接地；第四电容（401）的另一端分别与第七电阻（404）的另一端、第二运算放大器（400）的另一端以及第二增益控制电路连接；
第二直流电源（406）的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的一种低噪声激光回波前端接收电路，其特征在于：第二增益控制电路包括第八电阻（501）、第九电阻（504）、第十电阻（505）、第七电容（506）、第三模拟开关（502）以及第四模拟开关（503）；
第八电阻（501）、第四模拟开关（503）与第九电阻（504）的一端与第一级调理电路连接；第八电阻（501）的另一端与第三模拟开关（502）的一端连接，第三模拟开关（502）的另一端分别与第四模拟开关（503）的另一端、第九电阻（504）的另一端、第十电阻（505）的一端以及第二级调理电路连接；第十电阻（505）的另一端与第七电容（506）的一端连接，第七电容（506）的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种低噪声激光回波前端接收电路，其特征在于：第二级调理电路包括第三运算放大器（600）、第八电容（601）、第九电容（602）、第十电容（605）、第十一电阻（603）、第十二电阻（604）、第十三电阻（606）以及第十四电阻（607）；
第十三电阻（606）的一端与第二增益控制电路连接；第十三电阻（606）的另一端与第三运算放大器（600）的一端连接；第三运算放大器（600）还与第八电容（601）的一端连接，第八电容（601）的另一端分别与第十二电阻（604）的一端、第三运算放大器（600）的另一端以及第十电容（605）的一端连接；
第十二电阻（604）的另一端与第十一电阻（603）的一端连接，第十一电阻（603）的另一端与第九电容（602）的一端连接，第九电容（602）的另一端接地；
第十电容（605）的另一端与第十四电阻（607）的一端连接，第十四电阻（607）的另一端接地；第十电容（605）的另一端还用于输出阻抗匹配。
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