CN118282338A - 一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路，包括：第一开关控制电路，用于根据脉冲信号和/或控制信号控制光信号检测电路接地或者连接第一电源；光信号检测电路，用于将光信号转换成电信号；第二开关控制电路，用于根据脉冲信号控制光信号检测电路的输出端接地或者连接TIA微分放大电路；第三开关控制电路，用于根据脉冲信号控制TIA微分放大电路接地或者连接第二电源；TIA微分放大电路，用于将电信号放大成脉冲信号，并将脉冲信号发送至第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路的控制端以及控制设备；控制设备，根据脉冲信号，确定目标物体的距离，以及确定当前盖革放大器电路的状态，并根据当前状态生成控制信号。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路。
背景技术
MPPC(Multi Pixel photon counter，多像素光子计数器)由多个工作在盖革模式下的APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)串联淬灭电阻组成，如图3所示。当加有一定的反向偏压后，它就能够对光电流进行雪崩放大，当反向偏压被设定为高于击穿电压时APD进入“盖革模式”。为了保护MPPC，一般采用串连一个阻值较大的电阻作为淬灭电阻。MPPC的恢复时间由淬灭电阻和电容决定。
现在用的DTOF(Direct Time ofFlight，直接飞行时间)硬件方案如图4所示，MPPC、SIPM(Silicon Photomultiplier，硅光电倍增管)或别的PD(Photo Diode，光电二极管)器件的接收电路。MPPC用于DTOF窄脉宽低重频的使用场景，通过TIA(Trans-ImpedanceAmplifier，跨阻放大器)放大后，脉宽会随信号强度变化，但DTOF只检查脉冲是上升沿而不是脉宽，所以只要脉冲上升沿够快、脉宽低于重频周期基本不影响使用。但是如果用于高重频的DTOF或者ITOF(indirect Time ofFlight，间接飞行时间)，就会有很严重的问题，会损坏MPPC供电电路或损坏MPPC、TIA。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明实施例提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路，包括：依次连接的第一开关控制电路、光信号检测电路、第二开关控制电路、TIA微分放大电路、控制设备；TIA微分放大电路还与第三开关控制电路连接；
所述TIA微分放大电路的输出端还分别与所述第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路的控制端连接；
所述第一开关控制电路还与所述控制设备连接，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和/或控制设备所产生的控制信号控制所述光信号检测电路接地或者连接第一电源4；
所述光信号检测电路，在连接第一电源4的情况下，用于将目标物体反射在该光信号检测电路上的光信号转换成电信号；
所述第二开关控制电路，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述光信号检测电路的输出端接地或者连接TIA微分放大电路使得所述电信号传输至TIA微分放大电路；
所述第三开关控制电路，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述TIA微分放大电路接地或者连接第二电源5；
所述TIA微分放大电路，在连接第二电源5的情况下，用于将电信号转换放大成脉冲信号，并将所述脉冲信号分别发送至第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路控制端以及控制设备；
所述控制设备，用于根据所述脉冲信号，确定目标物体的距离；以及用于确定当前盖革放大器电路的状态，并根据当前盖革放大器电路的状态生成控制信号。
优选地，
所述第一开关控制电路包括：第一单刀双掷开关K1以及与所述第一单刀双掷开关K1连接的第一控制器1；
所述第一单刀双掷开关K1的公共接点与光信号检测电路输入接口连接；
所述第一控制器1，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和/或控制设备所产生的控制信号控制所述第一单刀双掷开关K1的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源4。
优选地，
所述光信号检测电路包括：依次连接的光信号接收电路和平衡对消电路8；
所述光信号接收电路包括分别与所述第一单刀双掷开关K1的公共接点连接第一电路和第二电路；
所述第一电路包括依次连接的第一电阻R1和第一光子计数器6；
所述第二电路包括依次连接的第二电阻R2和第二光子计数器7；
所述第一光子计数器6和第二光子计数器7还分别与所述平衡对消电路8输入端连接。
优选地，
所述第二开关控制电路包括：第二单刀双掷开关K2以及与所述第二单刀双掷开关K2连接的第二控制器2；
所述第二单刀双掷开关K2的公共接点与作为光信号检测电路输出接口的平衡对消电路8输出端连接；
所述第二控制器2，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述光信号检测电路的输出端延迟预先设定时间段后进行接地或者连接TIA微分放大电路使得所述电信号传输至TIA微分放大电路。
优选地，所述TIA微分放大电路包括：
第三电阻R3、第一电容C1、第四电阻R4、第一参考电源VREF1、反馈电阻Rf、放大器9、第五电阻R5、高速比较器10；
其中，所述第三电阻R3的第一端接地，所述第三电阻R3的第二端与第一电容C1的第一端连接；
所述第一电容C1的第二端与所述第四电阻R4的第一端连接；所述第四电阻R4的第二端分别与放大器9的反相输入端和反馈电阻Rf的第一端连接；
所述放大器9的正相输入端与第一参考电源VREF1连接；所述放大器9的电源负极接口接地；所述放大器9的电源正极接口与第三开关控制电路连接；所述放大器9的输出端与反馈电阻Rf的第二端连接；所述放大器9的输出端还分别与第五电阻R5的第一端和高速比较器10的输入端连接；所述高速比较器10的参考电源接口与第二参考电源VREF2连接；所述第五电阻R5的第二端接地；所述高速比较器10输出端作为所述TIA微分放大电路的输出端。
优选地，
所述第三开关控制电路包括：第三单刀双掷开关K3以及与所述第三单刀双掷开关K3连接的第三控制器3；
所述第三单刀双掷开关K3的公共接点与放大器9的电源正极接口连接；
所述第三控制器3，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述放大器9的电源正极接口接地或者连接第二电源5。
优选地，所述控制设备包括：可编程逻辑单元和与该可编程逻辑单元连接的ITOF芯片；
所述ITOF芯片，用于按照预先设定的逻辑向可编程逻辑单元发送状态信息；
所述状态信息为用于可编程逻辑单元确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间或处于ITOF曝光时间的信息；
其中，所述可编程逻辑单元，用于根据所述脉冲信号，确定目标物体的距离。
优选地，
所述可编程逻辑单元，还用于根据所述ITOF芯片所发送的状态信息，确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间或处于ITOF曝光时间；
若处于进行DTOF曝光时间内，则确定盖革放大器电路当前的状态为第一状态，并根据第一状态，生成与第一状态对应的控制信号；其中，与第一状态对应的控制信号为高电平信号；
若处于进行ITOF曝光时间内，则确定盖革放大器电路当前的状态为第二状态，并根据第二状态，生成与第二状态对应的控制信号；
与第二状态对应的控制信号为第一信号；
所述第一信号为从第一时间节点开始拉低的高电平信号；
所述第一时间节点为可编程逻辑单元收到所述脉冲信号的上升沿的时间点。
优选地，若第一控制器1接收到控制设备发送的与第一状态对应的控制信息，则所述第一控制器1，用于根据TIA微分放大电路中的高速比较器10输出的脉冲信号控制所述第一单刀双掷开关K1的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源4。
优选地，若第一控制器1接收到控制设备发送的与第二状态对应的控制信息，则所述第一控制器1，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和控制信号，控制所述第一单刀双掷开关K1的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源4。
本发明的有益效果是：本发明的一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路，由于采用三个开关控制电路实现了对光信号检测电路和TIA微分放大电路的动态控制，可以根据不同情况灵活地切换电路连接状态，以适应不同的工作模式和应用需求。
通过TIA微分放大电路将电信号转换放大成脉冲信号，并将其发送至控制设备，可以实现对目标物体距离的准确测量和数据处理，提高了测量的精度和数据的准确性。
控制设备能够确定当前盖革放大器电路的状态，并根据状态生成相应的控制信号，实现了对电路状态的智能识别和控制，提高了智能化水平和自动化程度。
附图说明
图1为本发明的一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路示意图；
图2为本发明实施例中的一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路示意图；
图3为现有技术中MPPC由多个工作在盖革模式下的APD串联淬灭电阻示意图；
图4为现有技术中现在用的DTOF硬件方案连接示意图。
附图标记说明
1：第一控制器；
2：第二控制器；
3：第三控制器；
4：第一电源；
5：第二电源；
6：第一光子计数器；
7：第二光子计数器；
8：平衡对消电路；
9：放大器；
10：高速比较器；
K1：第一单刀双掷开关；
K2：第二单刀双掷开关；
K3：第三单刀双掷开关；
R1：第一电阻；
R2：第二电阻；
R3：第三电阻；
R4：第四电阻；
R5：第五电阻；
Rf：反馈电阻；
C1：第一电容；
VREF1：第一参考电源；
VREF2：第二参考电源。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明做详细描述。
为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例一
参见图1，本实施例提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路，包括：依次连接的第一开关控制电路、光信号检测电路、第二开关控制电路、TIA微分放大电路、控制设备；TIA微分放大电路还与第三开关控制电路连接；
所述TIA微分放大电路的输出端还分别与所述第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路的控制端连接；
所述第一开关控制电路还与所述控制设备连接，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和/或控制设备所产生的控制信号控制所述光信号检测电路接地或者连接第一电源4；
所述光信号检测电路，在连接第一电源4的情况下，用于将目标物体反射在该光信号检测电路上的光信号转换成电信号；
所述第二开关控制电路，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述光信号检测电路的输出端接地或者连接TIA微分放大电路使得所述电信号传输至TIA微分放大电路；
所述第三开关控制电路，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述TIA微分放大电路接地或者连接第二电源5；
所述TIA微分放大电路，在连接第二电源5的情况下，用于将电信号转换放大成脉冲信号，并将所述脉冲信号分别发送至第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路控制端以及控制设备；
所述控制设备，用于根据所述脉冲信号，确定目标物体的距离；以及用于确定当前盖革放大器电路的状态，并根据当前盖革放大器电路的状态生成控制信号。
本实施例中提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路，通过开关控制电路，可以灵活地控制光信号检测电路的连接方式，从而实现对信号的精确处理和控制。该电路结构清晰，包含了光信号检测、放大、控制等多个功能，能够满足不同应用场景下的需求，具有较高的通用性和适用性。另外，通过TIA微分放大电路，可以实现对光信号的高精度放大和处理，提高了信号检测灵敏度和测量精度。
参见图2，在本实施例的实际应用中，所述第一开关控制电路包括：第一单刀双掷开关K1以及与所述第一单刀双掷开关K1连接的第一控制器1；
所述第一单刀双掷开关K1的公共接点与光信号检测电路输入接口连接；
所述第一控制器1，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和/或控制设备所产生的控制信号控制所述第一单刀双掷开关K1的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源4。
本实施例中的第一开关控制电路中的第一单刀双掷开关K1和控制器1结合使用，实现了对光信号检测电路输入的灵活控制，根据需要将输入接地或连接到电源，从而实现对信号处理流程的定制化调整。通过控制开关的状态，可以有效地控制光信号检测电路的供电方式，使其根据脉冲信号和/或控制信号的需要进行供电或者断电，从而节省能源、降低功耗，提高了能源利用效率。通过第一控制器1对开关状态的监测和控制，可以实现对电路的保护功能，避免过电流、过电压等问题对光信号检测电路的损坏，提高了稳定性和可靠性。
本实施例中，具体采用了单刀双掷开关，操作简便，可以通过第一控制器轻松地实现对电路输入的切换，适用于不同工作状态下的应用需求。同时，具有良好的可扩展性，可以方便地添加更多的开关控制电路和相关设备，满足不同规模和功能需求的应用场景。
具体的，如图2所示，所述光信号检测电路包括：依次连接的光信号接收电路和平衡对消电路8；
本实施例中平衡对消电路8是一种常见的电路，用于消除噪声和干扰，提高信号的质量和稳定性。平衡对消电路在各种领域都有广泛的应用，包括通信、传感器、音频处理等。
所述光信号接收电路包括分别与所述第一单刀双掷开关K1的公共接点连接第一电路和第二电路；
所述第一电路包括依次连接的第一电阻R1和第一光子计数器6；
所述第二电路包括依次连接的第二电阻R2和第二光子计数器7；
所述第一光子计数器6和第二光子计数器7还分别与所述平衡对消电路8输入端连接。
本实施例中，光信号接收电路通过光信号接收和转换实现对光信号的准确捕获和转换，保证了输入信号的准确性和可靠性，有助于提高检测的精度和稳定性。本实施例中平衡对消电路用来抵消来自环境噪声和干扰的影响，提高抗干扰能力，保证了信号的清晰度和可靠性。通过第一单刀双掷开关K1的控制，灵活地切换光信号接收电路中的两个电路分支，使得本实施例中的电路可以根据需要进行调整和优化，提高了灵活性和适用性。另外，本实施例中光子计数器(也就是MPPC)可以对接收到的光信号进行计数和统计，实现对光信号的数据处理和分析，从而获取了更多的信息和特征，提高了电路的智能化和功能性。
本实施例中光信号检测电路将光信号接收电路和平衡对消电路有机地连接在一起，形成了一个完整的信号处理链路，保证了信号的连续性和稳定性，有利于整体的盖革放大器电路设计和调试。
参见图2，本实施例中所述第二开关控制电路包括：第二单刀双掷开关K2以及与所述第二单刀双掷开关K2连接的第二控制器2；
所述第二单刀双掷开关K2的公共接点与作为光信号检测电路输出接口的平衡对消电路8输出端连接；
所述第二控制器2，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述光信号检测电路的输出端延迟预先设定时间段后进行接地或者连接TIA微分放大电路使得所述电信号传输至TIA微分放大电路。
本实施例中，第二控制器2根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号精确地控制光信号检测电路的输出端。确保了信号传输的精确性和准确性，提高了电路的稳定性和可靠性。
同时，第二控制器2能够实现对光信号检测电路的输出端和TIA微分放大电路的延迟控制，延迟预设时间段后再进行接地或连接。这种能力使得电路可以根据需要调整信号传输的时间延迟，适应不同的工作环境和要求，提高了盖革放大器电路的灵活性和适用性。
本实施例中的第二单刀双掷开关K2与第二控制器2结合，构成了完整的第二开关控制电路，与光信号检测电路和TIA微分放大电路有机地连接在一起。保证了光信号传输的连续性和稳定性，为电路的正常运行提供了良好的基础。由于第二控制器2可以灵活地调整输出端的延迟控制，使得电路可以根据实际需求进行灵活调整和优化。这种可调性有助于提高电路的适用性和性能，满足不同应用场景的需求。而延迟预设时间段的控制可以优化光信号的传输过程，使得电信号能够在适当的时间段内传输至TIA微分放大电路，提高了信号的稳定性和可靠性，有助于提高电路的性能表现。
优选地，所述TIA微分放大电路包括：
第三电阻R3、第一电容C1、第四电阻R4、第一参考电源VREF1、反馈电阻Rf、放大器9、第五电阻R5、高速比较器10；
其中，所述第三电阻R3的第一端接地，所述第三电阻R3的第二端与第一电容C1的第一端连接；
所述第一电容C1的第二端与所述第四电阻R4的第一端连接；所述第四电阻R4的第二端分别与放大器9的反相输入端和反馈电阻Rf的第一端连接；
所述放大器9的正相输入端与第一参考电源VREF1连接；所述放大器9的电源负极接口接地；所述放大器9的电源正极接口与第三开关控制电路连接；所述放大器9的输出端与反馈电阻Rf的第二端连接；所述放大器9的输出端还分别与第五电阻R5的第一端和高速比较器10的输入端连接；所述高速比较器10的参考电源接口与第二参考电源VREF2连接；所述第五电阻R5的第二端接地；所述高速比较器10输出端作为所述TIA微分放大电路的输出端。
本实施例中，通过使用放大器9来放大电信号，提高信号的幅度，从而增强信号的强度和稳定性。这有助于提高整个电路的灵敏度和响应速度，使得整体的盖革放大器电路更准确地检测和处理输入信号。另外，本实施例中第一参考电源VREF1的作用是为TIA微分放大电路提供直流偏置，本实施例中的第二参考电源VREF2是作为高速比较器的参考电压。这有助于提高电路的稳定性和可靠性，减少了由于电源波动而引起的性能问题。本实施例中所配置的反馈电阻Rf和第四电阻R4等元件，能够调节放大器的增益和频率特性，满足不同应用场景的需求。这种灵活性使得电路可以根据实际情况进行优化和调整，提高了电路的适用性和性能表现。
本实施例中的高速比较器10实现对放大器输出信号的快速比较和处理，从而实现对信号的高速采样和响应。这有助于提高TIA微分放大电路的响应速度和处理能力，使得TIA微分放大电路能够更快地对输入信号做出反应，并实现更快的信号处理速度。高速比较器10的输出端作为TIA微分放大电路的输出端，保证了信号输出的稳定性和可靠性。这有助于确保TIA微分放大电路的输出信号质量和稳定性。
参见图2，具体地，所述第三开关控制电路包括：第三单刀双掷开关K3以及与所述第三单刀双掷开关K3连接的第三控制器3；
所述第三单刀双掷开关K3的公共接点与放大器9的电源正极接口连接；
所述第三控制器3，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述放大器9的电源正极接口接地或者连接第二电源5。
本实施例中，第三开关控制电路通过第三单刀双掷开关K3和第三控制器3，灵活地控制放大器9的电源接地或连接第二电源5。这种灵活性使得TIA微分放大电路能够根据需要切换电源或者接地，以满足不同工作状态下的能耗和性能需求。放大器电源的接地或连接第二电源的控制可以根据实际应用需求进行调整和配置，使得电路能够适应不同的工作环境和应用场景。
参见图2，本实施例中所述控制设备包括：可编程逻辑单元和与该可编程逻辑单元连接的ITOF芯片；
所述ITOF芯片，用于按照预先设定的逻辑向可编程逻辑单元发送状态信息；
所述状态信息为用于可编程逻辑单元确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间或处于ITOF曝光时间的信息；
其中，所述可编程逻辑单元，用于根据所述脉冲信号，确定目标物体的距离。
本实施例中，可编程逻辑单元(也就是FPGA)可以根据应用需求动态地处理和调整数据，而ITOF芯片可以根据预先设定的逻辑向可编程逻辑单元发送状态信息，使得本实施例中提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路能够进行自适应调整，从而实现更加灵活和高效的功能实现。
本实施例中，借助ITOF芯片发送的状态信息，可编程逻辑单元能够准确地确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间还是ITOF曝光时间，从而可以精确地计算目标物体的距离。这种精准度高的特点使得本实施例中提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路在实际应用中具有更好的测量精度和稳定性。并且，可编程逻辑单元和ITOF芯片的组合使得本实施例中提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路具有良好的可维护性和可升级性。
具体的，所述可编程逻辑单元，还用于根据所述ITOF芯片所发送的状态信息，确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间或处于ITOF曝光时间；
若处于进行DTOF曝光时间内，则确定盖革放大器电路当前的状态为第一状态，并根据第一状态，生成与第一状态对应的控制信号；其中，与第一状态对应的控制信号为高电平信号；
若处于进行ITOF曝光时间内，则确定盖革放大器电路当前的状态为第二状态，并根据第二状态，生成与第二状态对应的控制信号；
与第二状态对应的控制信号为第一信号；
所述第一信号为从第一时间节点开始拉低的高电平信号；
所述第一时间节点为可编程逻辑单元收到所述脉冲信号的上升沿的时间点。
可编程逻辑单元能够根据接收到的ITOF芯片发送的状态信息，实时确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间还是ITOF曝光时间。这种实时性的特点使得电路能够及时地做出相应的调整和反应，从而保证在不同工作模式下的稳定性和可靠性。
可编程逻辑单元根据当前的曝光时间状态生成与之对应的控制信号，这些控制信号具有高精度和准确性。通过精确地控制电路的工作状态和行为，可以实现对目标物体距离的精确测量和控制，从而提高了测量精度和稳定性。
通过明确区分DTOF曝光时间和ITOF曝光时间，并根据不同状态生成相应的控制信号，使得电路的逻辑结构清晰明了。这种清晰的逻辑结构使得电路的设计、调试和维护更加方便和高效。
优选地，若第一控制器1接收到控制设备发送的与第一状态对应的控制信息，则所述第一控制器1，用于根据TIA微分放大电路中的高速比较器10输出的脉冲信号控制所述第一单刀双掷开关K1的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源4。
优选地，若第一控制器1接收到控制设备发送的与第二状态对应的控制信息，则所述第一控制器1，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和控制信号，控制所述第一单刀双掷开关K1的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源4。
本实施例中，第一控制器能够根据接收到的控制信息，灵活地控制第一单刀双掷开关K1的接通和断开状态，以及连接光信号检测电路的电源状态。这种灵活性使得电路能够根据不同的工作需求和环境条件进行动态调整和优化，提高电路的适应性和灵活性。第一控制器能够根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和控制信号，智能地控制光信号检测电路的电源供电状态。在不需要进行光信号检测时，可以将电源接地。第一控制器根据高速比较器10输出的脉冲信号控制第一单刀双掷开关K1的接通和断开状态，能够保持电路的稳定性和可靠性。通过精确地控制光信号检测电路的电源供电状态，可以有效地减少电路的电磁干扰和噪声，提高电路的信号质量和稳定性。第一控制器能够根据接收到的控制信息自动进行状态切换和控制操作，无需人工干预。这种自动化的操作方式使得电路的操作更加简便和便捷，降低了用户的操作负担。
实施例二
本实施例提供一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路，如图2所示，其中，第一单刀双掷开关K1、第二单刀双掷开关K2、第三单刀双掷开关K3是可控开关(图2中只是一种表现形式，具体的实现方式K1、K2、K3可以是模拟开关、三极管、场效应管等，对此不做具体限定)。
第一单刀双掷开关K1一端接2个光子计数器(也就是MPPC)的负极，另一端接地和第一电源4，默认是接第一电源；
平衡对消电路2个输入端分别接2个光子计数器的正极，输出端接TIA微分放大电路的输入端；
第三单刀双掷开关K3控制第二电源5，第三单刀双掷开关K3其一端在第二电源和接地中选择(默认状态是接第二电源)，第三单刀双掷开关K3另一端接放大器的电源正极接口，当收到脉冲信号则第三单刀双掷开关K3其一端在第二电源和接地中选择接地，放大器输出的信号通过第五电阻R5快速恢复到低电平；
第二单刀双掷开关K2一端接对消电路输出，另一端分别在第三电阻R3和接地中选择(默认状态是接第三电阻R3)，当脉冲信号后延时一定的时间再切换到接地，让2个光子计数器快速放电；
本实施例中的TIA微分放大电路既可以抑制灯光等低频干扰信号，又能放大MPPC输出的微弱脉冲信号，放大电路输出信号是个正脉冲信号，与激光信号一致；
本实施例中的高速比较器是根据TIA微分放大电路中放大器输出的信号与第二参考电源比较，高于第二参考电源，会输出一个正脉冲信号，此正脉冲信号会送给可编程逻辑单元(FPGA，Field-Programmable Gate Array)处理，另外会发送给3路开关控制电路，从而把TIA微分放大电路中放大器的电源正极接口连接的第二电源和光电检测电路中光子计数器的负极都接地，从而使得光子计数器、放大器低电阻放电，达到快速恢复的目的，以得到一个窄脉宽的脉冲信号；
本实施例中，第一单刀双掷开关K1连接第一电源还是接地，是由比较器输出的脉冲信号和控制信号通过逻辑与门输出信号进行控制的。当用于DTOF时，控制信号默认是高电平，不参与第一单刀双掷开关K1连接第一电源还是接地的控制，完全由比较器输出的脉冲信号控制；当用于ITOF时，由于是用高频曝光且时间长短不一，而且只用到曝光的第一个脉冲，连续长时间曝光会导致光子计数器，以及其供电电源功耗变大甚至损坏，必须加以控制，此时就需要用到控制信号。
本实施例中的TIA微分放大电路中的高速比较器10还与控制设备连接，其中所述控制设备包括：可编程逻辑单元和与该可编程逻辑单元连接的ITOF芯片；所述ITOF芯片，用于按照预先设定的逻辑向可编程逻辑单元发送状态信息；所述状态信息为用于可编程逻辑单元确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间或处于ITOF曝光时间的信息；其中，所述可编程逻辑单元，用于根据所述脉冲信号，确定目标物体的距离。
本实施例中的ITOF芯片就是能够按照预先设定的逻辑向可编程逻辑单元发送状态信息的芯片。
也就是说，本实施例中的可编程逻辑单元结合ITOF芯片的状态信息做逻辑判断，若处于进行ITOF曝光时间内，则确定盖革放大器电路当前的状态为第二状态，并根据第二状态，生成与第二状态对应的控制信号；从而控制第一单刀双掷开关K1，把光子计数器负极接地，起到保护的目的；
与第二状态对应的控制信号为第一信号；所述第一信号为从第一时间节点开始拉低的高电平信号；所述第一时间节点为可编程逻辑单元收到所述脉冲信号的上升沿的时间点。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，包括：依次连接的第一开关控制电路、光信号检测电路、第二开关控制电路、TIA微分放大电路、控制设备；TIA微分放大电路还与第三开关控制电路连接；
所述TIA微分放大电路的输出端还分别与所述第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路的控制端连接；
所述第一开关控制电路还与所述控制设备连接，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和/或控制设备所产生的控制信号控制所述光信号检测电路接地或者连接第一电源(4)；
所述光信号检测电路，在连接第一电源(4)的情况下，用于将目标物体反射在该光信号检测电路上的光信号转换成电信号；
所述第二开关控制电路，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述光信号检测电路的输出端接地或者连接TIA微分放大电路使得所述电信号传输至TIA微分放大电路；
所述第三开关控制电路，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述TIA微分放大电路接地或者连接第二电源(5)；
所述TIA微分放大电路，在连接第二电源(5)的情况下，用于将电信号转换放大成脉冲信号，并将所述脉冲信号分别发送至第一开关控制电路、第二开关控制电路、第三开关控制电路控制端以及控制设备；
所述控制设备，用于根据所述脉冲信号，确定目标物体的距离；以及用于确定当前盖革放大器电路的状态，并根据当前盖革放大器电路的状态生成控制信号。
2.根据权利要求1所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，
所述第一开关控制电路包括：第一单刀双掷开关(K1)以及与所述第一单刀双掷开关(K1)连接的第一控制器(1)；
所述第一单刀双掷开关(K1)的公共接点与光信号检测电路输入接口连接；
所述第一控制器(1)，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和/或控制设备所产生的控制信号控制所述第一单刀双掷开关(K1)的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源(4)。
3.根据权利要求2所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，
所述光信号检测电路包括：依次连接的光信号接收电路和平衡对消电路(8)；
所述光信号接收电路包括分别与所述第一单刀双掷开关(K1)的公共接点连接第一电路和第二电路；
所述第一电路包括依次连接的第一电阻(R1)和第一光子计数器(6)；
所述第二电路包括依次连接的第二电阻(R2)和第二光子计数器(7)；
所述第一光子计数器(6)和第二光子计数器(7)还分别与所述平衡对消电路(8)输入端连接。
4.根据权利要求3所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，
所述第二开关控制电路包括：第二单刀双掷开关(K2)以及与所述第二单刀双掷开关(K2)连接的第二控制器(2)；
所述第二单刀双掷开关(K2)的公共接点与作为光信号检测电路输出接口的平衡对消电路(8)输出端连接；
所述第二控制器(2)，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述光信号检测电路的输出端延迟预先设定时间段后进行接地或者连接TIA微分放大电路使得所述电信号传输至TIA微分放大电路。
5.根据权利要求4所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，所述TIA微分放大电路包括：
第三电阻(R3)、第一电容(C1)、第四电阻(R4)、第一参考电源(VREF1)、反馈电阻(Rf)、放大器(9)、第五电阻(R5)、高速比较器(10)；
其中，所述第三电阻(R3)的第一端接地，所述第三电阻(R3)的第二端与第一电容(C1)的第一端连接；
所述第一电容(C1)的第二端与所述第四电阻(R4)的第一端连接；所述第四电阻(R4)的第二端分别与放大器(9)的反相输入端和反馈电阻(Rf)的第一端连接；
所述放大器(9)的正相输入端与第一参考电源(VREF1)连接；所述放大器(9)的电源负极接口接地；所述放大器(9)的电源正极接口与第三开关控制电路连接；所述放大器(9)的输出端与反馈电阻(Rf)的第二端连接；所述放大器(9)的输出端还分别与第五电阻(R5)的第一端和高速比较器(10)的输入端连接；所述高速比较器(10)的参考电源接口与第二参考电源(VREF2)连接；所述第五电阻(R5)的第二端接地；所述高速比较器(10)输出端作为所述TIA微分放大电路的输出端。
6.根据权利要求5所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，
所述第三开关控制电路包括：第三单刀双掷开关(K3)以及与所述第三单刀双掷开关(K3)连接的第三控制器(3)；
所述第三单刀双掷开关(K3)的公共接点与放大器(9)的电源正极接口连接；
所述第三控制器(3)，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号控制所述放大器(9)的电源正极接口接地或者连接第二电源(5)。
7.根据权利要求6所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，所述控制设备包括：可编程逻辑单元和与该可编程逻辑单元连接的ITOF芯片；
所述ITOF芯片，用于按照预先设定的逻辑向可编程逻辑单元发送状态信息；
所述状态信息为用于可编程逻辑单元确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间或处于ITOF曝光时间的信息；
其中，所述可编程逻辑单元，用于根据所述脉冲信号，确定目标物体的距离。
8.根据权利要求7所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，
所述可编程逻辑单元，还用于根据所述ITOF芯片所发送的状态信息，确定盖革放大器电路当前处于DTOF曝光时间或处于ITOF曝光时间；
若处于进行DTOF曝光时间内，则确定盖革放大器电路当前的状态为第一状态，并根据第一状态，生成与第一状态对应的控制信号；其中，与第一状态对应的控制信号为高电平信号；
若处于进行ITOF曝光时间内，则确定盖革放大器电路当前的状态为第二状态，并根据第二状态，生成与第二状态对应的控制信号；
与第二状态对应的控制信号为第一信号；
所述第一信号为从第一时间节点开始拉低的高电平信号；
所述第一时间节点为可编程逻辑单元收到所述脉冲信号的上升沿的时间点。
9.根据权利要求8所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，若第一控制器(1)接收到控制设备发送的与第一状态对应的控制信息，则所述第一控制器(1)，用于根据TIA微分放大电路中的高速比较器(10)输出的脉冲信号控制所述第一单刀双掷开关(K1)的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源(4)。
10.根据权利要求9所述的基于跨阻放大器的盖革放大器电路，其特征在于，若第一控制器(1)接收到控制设备发送的与第二状态对应的控制信息，则所述第一控制器(1)，用于根据TIA微分放大电路输出的脉冲信号和控制信号，控制所述第一单刀双掷开关(K1)的公共接点接地或者连接用于为光信号检测电路供电的第一电源(4)。
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