CN218998022U

CN218998022U - 脉冲放大电路、脉冲检测电路、芯片和电子设备

Info

Publication number: CN218998022U
Application number: CN202222468886.5U
Authority: CN
Inventors: 韦柳; 杨冬生; 王欢; 吴强
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2032-09-16

Abstract

本实用新型涉及脉冲放大电路、脉冲检测电路、芯片和电子设备。包括：第一运算放大器，反相输入端和输出端之间连接第一电阻；对数运算电路，包括第二电阻和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接第一运算放大器的输出端，所述第一二极管的阴极连接第一运算放大器的反相输入端，所述第一二极管用于在其两端的电压差大于开启电压的情况下导通所述对数运算电路；所述第二电阻与所述第一二极管的任意一端连接。

Description

脉冲放大电路、脉冲检测电路、芯片和电子设备

技术领域

本实用新型涉及电路结构技术领域，更具体地，本实用新型涉及脉冲放大电路、脉冲检测电路、芯片和电子设备。

背景技术

脉冲检测装置利用运算放大器和跨阻构成具有固定增益的流压转换电路，光电检测应用的电流通常是数nA到数mA，由于固定增益的流压转换电路动态范围较小，小电流无法检测，大电流检测易出现电压饱和，通用性差。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种新的脉冲放大的技术方案。

根据本实用新型的第一方面，提供一种脉冲放大电路，包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端和输出端之间连接第一电阻；

对数运算电路，所述对数运算电路与所述第一电阻并联；所述对数运算电路包括第二电阻和第一二极管，所述第一二极管的阳极连接第一运算放大器的输出端，所述第一二极管的阴极连接第一运算放大器的反相输入端，所述第一二极管用于在其两端的电压差大于开启电压的情况下导通所述对数运算电路；所述第二电阻与所述第一二极管的任意一端连接。

可选地，在所述第一运算放大器的反相输入端输入脉冲信号，且所述第一二极管两端的电压差大于开启电压的情况下，所述第一电阻与所述对数运算电路均导通，此时，所述第一运算放大器的输出Vout1＝i*R1*R2/(R1+R2)+VF1*R1/(R1+R2)，其中i＝i1+i2，i1为流过所述第一电阻的电流值，i2为流过所述第一二极管的电流值，R1为所述第一电阻，R2为所述第二电阻，VF1为第一二极管D1两端电压，所述第一电阻的阻值不小于十倍的所述第二电阻的阻值；

在所述第一运算放大器的反相输入端输入脉冲信号，且所述第一二极管两端的电压差小于或等于开启电压的情况下，所述第一电阻导通，此时，所述第一运算放大器的输出Vout1＝R1*i，其中i＝i1+i2，i1为流过所述第一电阻的电流值，i2为流过所述第一二极管的电流值，R1为所述第一电阻。

可选地，所述第二电阻与所述第一二极管的任意一端连接，包括：

所述第二电阻连接在所述第一二极管的阳极和所述第一运算放大器的输出端之间；

或者，所述第二电阻连接在所述第一二极管的阴极和第一运算放大器的反相输入端之间。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种脉冲检测电路，包括：第一放大电路、模数转换电路和如本实用新型第一方面中任一项所述的脉冲放大电路；第一放大电路，连接在所述脉冲放大电路的输出端；模数转换电路，连接在所述放大电路的输出端，用于采集所述放大电路的输出信号。

可选地，所述脉冲检测电路还包括：处理器，所述处理器连接所述模数转换电路的输出端，用于接收处理所述模数转换电路的输出信号。

可选地，所述第一放大电路，包括：第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第一运算放大器的输出端；第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第四电阻的另一端接地；第五电阻，所述第五电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第五电阻的另一端连接所述第二运算放大器的输出端。

可选地，所述第一放大电路，还包括：滤波电路，包括第一电容和第三电阻，所述第一电容连接在所述第二运算放大器的同相输入端和所述第一运算放大器的输出端之间，所述第三电阻的一端连接在所述第一电容与所述第二运算放大器的同相输入端之间，所述第三电阻的另一端接地。

可选地，所述模数转换电路，包括：A/D转换器，所述A/D转换器的输入端连接所述放大电路的输出端，用于采集所述放大电路的输出信号，所述A/D转换器的输出端连接至所述处理器；参考电压源电路，与所述A/D转换器连接，用于给A/D转换器提供参考电压。

可选地，所述脉冲检测电路还包括：第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端连接所述第一二极管的阴极，同相输入端连接所述第一二极管的阳极，输出端连接所述模数转换电路。

根据本实用新型的第三方面，提供了一种芯片，包括壳体，封装在所述壳体中的电路板，以及经由所述壳体向外引出的电源引脚、接地引脚、采样引脚和开关控制引脚，其中，所述电路板集成有本实用新型的第二方面所述的脉冲检测电路，所述脉冲检测电路的电源端口、接地端口、开关控制端口与所述电源引脚、所述接地引脚、所述开关控制引脚一一对应连接。

根据本实用新型的第四方面，提供了一种电子设备，包括如本实用新型的第三方面所述的芯片。

本实用新型的一个技术效果在于，通过给第一运算放大器跨接对数运算电路，使得在较大电流或大电流下，通过开启对数运算电路中的第一二极管，进行脉冲放大电路的电流分流，形成复合增益效果，扩大了应用在脉冲检测时的动态范围，有效解决了传统电路在较大电流下信号饱和或者展宽的问题。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是本实用新型实施例提供的脉冲放大电路的电路结构图。

图2是本实用新型实施例提供的脉冲检测电路的电路结构图。

图3是本实用新型实施例提供的复合增益放大曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参考图1，说明本实用新型实施例提供的脉冲放大电路：

脉冲放大电路，包括：第一运算放大器U1和对数运算电路。

第一运算放大器U1，所述第一运算放大器U1的反相输入端和输出端之间连接第一电阻R1，第一电阻R1用于实现电流反馈。

其中，运算放大器有两个输入端，分别为反相输入端和同相输入端，以及一个输出端。

运算放大器是一个内含多级放大电路的电子集成电路，其输入级是差分放大电路，具有高输入电阻和抑制零点漂移能力；中间级主要进行电压放大，具有高电压放大倍数，一般由共射极放大电路构成；输出极与负载相连，具有带载能力强、低输出电阻特点。

脉冲电流信号连接到第一运算放大器U1的反相输入端，第一电阻R1跨接在第一运算放大器U1的反相输入端和输出端之间，电流i从第一运算放大器U1输出，参考附图1，从第一电阻R1的右端流向左端，第一运算放大器U1虚短，第一运算放大器U1的输出Vout1＝R1*i1，i1为流过第一电阻R1的电流值。

对数运算电路，所述对数运算电路与所述第一电阻R1并联；所述对数运算电路包括第二电阻R2和第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极连接第一运算放大器U1的输出端，所述第一二极管D1的阴极连接第一运算放大器U1的反相输入端，所述第一二极管D1用于在其两端的电压差大于开启电压的情况下导通所述对数运算电路；所述第二电阻R2与所述第一二极管D1的任意一端连接，第二电阻R2用于实现电流反馈。

其中，第一二极管D1的开启电压就是正向电流增大(一般规定为1mA)时的正向电压，小于开启电压时，第一二极管D1是不导通的，第一二极管D1为RF射频二极管，具有超快转换频率。

其中，对数运算电路与所述第一电阻R1并联，在第一二极管D1开启后，对数运算电路导通，第二电阻R2与第一电阻R1分流，形成了复合动态增益。

本实用新型中，在所述第一运算放大器的反相输入端输入脉冲信号，且所述第一二极管两端的电压差大于开启电压的情况下，所述第一电阻与所述对数运算电路均导通，此时，所述第一运算放大器的输出Vout1＝i*R1*R2/(R1+R2)+VF1*R1/(R1+R2)，其中i＝i1+i2，i1为流过所述第一电阻的电流值，i2为流过所述第一二极管的电流值，R1为所述第一电阻，R2为所述第二电阻，VF1为第一二极管D1两端电压，所述第一电阻的阻值不小于十倍的所述第二电阻的阻值；

本实用新型中，第一运算放大器U1的同相输入端接地，光生电流的方向从跨接并联电路的右端流向左端，由于虚短作用，第一运算放大器U1的反相端电位是零。在低电流段(i*R1<VF)时，电流仅通过第一电阻R1形成固定增益，输出Vout1＝R1*i，形成低电流下固定增益放大曲线。其中，VF为第一二极管D1的开启电压。当电流达到一定的阈值后(i*R1>VF)，对数运算电路导通时开始分流，电路中的电流i＝i1+i2，此时，第一运算放大器U1的输出Vout1＝i*R1*R2/(R1+R2)+VF1*R1/(R1+R2)，其中R2<<R1，第一电阻R1的阻值不小于十倍的第二电阻R2的阻值，第二电阻R2的阻值可忽略不计，因此可等价于Vout＝i*R2+VF1，VF1为第一二极管D1两端电压，第一电阻R1和对数运算电路形成了复合增益效果。参考图3示意小电流下的固定增益曲线，以及较大电流或大电流时的复合增益放大，扩大了脉冲检测装置中脉冲放大电路的动态范围。

参照图3，根据当前电路中的电压值，判断电路处于低电流段还是较大电流或大电流段，根据所处的不同的区域读取当前脉冲电路的增益。在低电流段(i*R1<VF)时，电流仅通过第一电阻R1形成固定增益，第一运算放大器的输出Vout1＝R1*i。当电流达到一定的阈值后(i*R1>VF)，第一二极管D1导通，对数运算电路开始分流形成复合增益，第一运算放大器U1的输出变为Vout1＝i*R1*R2/(R1+R2)+VF1*R1/(R1+R2)。

本实施例中，第二电阻R2与所述第一二极管D1的连接关系为：所述第二电阻R2连接在所述第一二极管D1的阳极和所述第一运算放大器U1的输出端之间；

或者，所述第二电阻R2连接在所述第一二极管D1的阴极和第一运算放大器U1的反相输入端之间。

参考图2，说明本实用新型实施例提供的脉冲检测电路：

脉冲检测电路，包括：第一放大电路、模数转换电路和如图1所示的脉冲放大电路；

第一放大电路，连接在所述脉冲放大电路的输出端。

所述第一放大电路，包括：第二运算放大器U2，所述第二运算放大器U2的同相输入端连接所述第一运算放大器U1的输出端；第四电阻R4，所述第四电阻R4的一端连接所述第二运算放大器U2的反相输入端，所述第四电阻R4的另一端接地；第五电阻R5，所述第五电阻R5的一端连接所述第二运算放大器U2的反相输入端，所述第五电阻R5的另一端连接所述第二运算放大器U2的输出端。其中，第四电阻R4和第五电阻R5用于控制第一放大电路的放大倍数和第一放大电路输出的波形，第二运算放大器U2用于放大所述脉冲放大电路的输出。

所述第一放大电路，还包括：滤波电路，包括第一电容C1和第三电阻R3，所述第一电容C1连接在所述第二运算放大器U2的同相输入端和所述第一运算放大器U1的输出端之间，所述第三电阻R3的一端连接在所述第一电容C1与所述第二运算放大器U2的同相输入端之间，所述第三电阻R3的另一端接地。

本实用新型通过设置第一电容C1和第三电阻R3形成高通滤波电路，其截止频率f＝1/2*π*R3*C1，由于脉冲检测装置属于高速模拟信号，光生电流产生的变化值Vout1通过高通电路到达第二运算放大器U2的同相输入端，高通电路可以消除第一运算放大器U1的静态偏置，由于第二运算放大器U2的虚短作用，得到第二运算放大器U2的输出Vout2＝R1*i1*(1+R5/R4)。

在一个实施例中，模数转换电路，连接在所述放大电路的输出端，用于采集所述放大电路的输出信号。

所述模数转换电路，包括：A/D转换器和参考电压源电路；

A/D转换器，所述A/D转换器的输入端连接所述放大电路的输出端，用于采集所述放大电路的输出信号，所述A/D转换器的输出端连接至所述处理器，所述A/D转换器为高速高精度低温漂ADC；

参考电压源电路，与所述A/D转换器连接，用于给A/D转换器提供参考电压Vref1，实现高速、高精度信号采集。所述参考电压源电路为高精度低温漂参考电压源Vref1。

其中，A/D转换器用于将模拟信号转换成数字信号，称为模数转换器(简称A/D转换器或adc，analog to digital converter)，A/D转换的过程一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。在本实施例中，可用于采样所述放大电路的输出信号。

本实用新型中，采用模数转换电路获取通过第一电阻R1的电流i1，i1＝Vout2/R1/(1+R5/R4)，Vout2为第二运算放大器U2的输出电压，通过第三运算放大器U3放大得到电流i2，i2＝(Vout1-Vdiff/A)/R2，其中，Vdiff为第三运算放大器U3的输出电压。

在一个实施例中，脉冲检测电路还包括：

处理器，所述处理器连接所述模数转换电路的输出端，用于接收处理所述模数转换电路的输出信号。所述处理器采用FPGA处理器或SOC处理器，用于实现系统的调度、数据的存储、数据处理等。

本实用新型中，由于第一二极管D1的IV曲线易受温度影响，导致信号幅度发生变化。采用标定的方法消除温度对目标物反射率检测的影响。在设定标定温度下，系统绘制i对应目标反射率的曲线，建立电流和目标反射率的直接关系，当温度发生变化后，第一二极管D1的VF1产生温漂，根据欧姆定律i＝i1+i2，仍然可以通过采集Vout2和Vdiff对电流i1、i2进行精确的测量。其中i1＝Vout2/R1/(1+R5/R4)，i2＝(Vout1/(1+R5/R4)-Vdiff/A)/R2，可以消除二极管易受温度影响的物理属性，FPGA或SOC处理器根据已标定的电流和目标反射率的直接关系可以精确获得目标物的反射属性。

本实用新型提供的脉冲检测电路，动态检测范围比传统脉冲检测装置有显著的提升，有效解决了传统电路在较大电流下信号饱和或者展宽的问题，同时基于欧姆定律采用电流值作为检测目标反射率的思路，大大降低了温度变化对反射率的影响，显著提升了脉冲检测装置性能。

本实用新型提供的脉冲检测电路，还包括：第三运算放大器U3，第三运算放大器U3的反相输入端连接所述第一二极管的阴极，同相输入端连接所述第一二极管的阳极，输出端连接所述模数转换电路。第三运算放大器U3为低温漂系数差分第三运算放大器。第三运算放大器U3是为了采样流过所述第一二极管D1的电流值i2，第三运算放大器U3的输出Vdiff＝VF1*A，其中VF1是第一二极管D1的压降，A为第三运算放大器U3的差分放大倍数。

本实用新型提供的脉冲检测电路中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5均为高精度低温漂电阻。

本实用新型提供的脉冲检测电路中，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和第三运算放大器U3均为高精度低温漂运算放大器。

本实用新型提供的脉冲检测电路，其中的第一电阻R1和对数运算电路形成了复合增益效果，使得脉冲检测装置可以根据电路中不同的电压进行固定增益与复合增益的灵活配置，增大了系统的动态范围，通过形成的复合增益，解决了大电流下信号持续饱、展宽导致FPGA或SOC处理器无法精确鉴别达到时刻的问题。

本实用新型提供的一种芯片，包括壳体，封装在所述壳体中的电路板，以及经由所述壳体向外引出的电源引脚、接地引脚、采样引脚和开关控制引脚，其中，所述电路板集成有本实用新型实施例中任一项所述的脉冲检测电路，所述脉冲检测电路的电源端口、接地端口、开关控制端口与所述电源引脚、所述接地引脚、所述开关控制引脚一一对应连接。

本实用新型提供的一种电子设备，包括本实用新型实施例中提到的芯片。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种脉冲放大电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的脉冲放大电路，其特征在于，

在所述第一运算放大器的反相输入端输入脉冲信号，且所述第一二极管两端的电压差大于开启电压的情况下，所述第一电阻与所述对数运算电路均导通，此时，所述第一运算放大器的输出Vout1=i*R1*R2/(R1+R2)+VF1*R1/(R1+R2)，其中i=i1+i2，i1为流过所述第一电阻的电流值，i2为流过所述第一二极管的电流值，R1为所述第一电阻，R2为所述第二电阻，VF1为第一二极管D1两端电压，所述第一电阻的阻值不小于十倍的所述第二电阻的阻值；

在所述第一运算放大器的反相输入端输入脉冲信号，且所述第一二极管两端的电压差小于或等于开启电压的情况下，所述第一电阻导通，此时，所述第一运算放大器的输出Vout1=R1*i，其中i=i1+i2，i1为流过所述第一电阻的电流值，i2为流过所述第一二极管的电流值，R1为所述第一电阻。

3.根据权利要求1所述的脉冲放大电路，其特征在于，所述第二电阻与所述第一二极管的任意一端连接，包括：

4.一种脉冲检测电路，其特征在于，包括：第一放大电路、模数转换电路和如权利要求1中所述的脉冲放大电路；

第一放大电路，连接在所述脉冲放大电路的输出端；

模数转换电路，连接在所述第一放大电路的输出端，用于采集所述放大电路的输出信号。

5.根据权利要求4所述的脉冲检测电路，其特征在于，所述脉冲检测电路还包括：

处理器，所述处理器连接所述模数转换电路的输出端，用于接收处理所述模数转换电路的输出信号。

6.根据权利要求4所述的脉冲检测电路，其特征在于，所述第一放大电路，包括：

第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端连接所述第一运算放大器的输出端；

第四电阻，所述第四电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第四电阻的另一端接地；

第五电阻，所述第五电阻的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端，所述第五电阻的另一端连接所述第二运算放大器的输出端。

7.根据权利要求6所述的脉冲检测电路，其特征在于，所述第一放大电路，还包括：

滤波电路，包括第一电容和第三电阻，所述第一电容连接在所述第二运算放大器的同相输入端和所述第一运算放大器的输出端之间，所述第三电阻的一端连接在所述第一电容与所述第二运算放大器的同相输入端之间，所述第三电阻的另一端接地。

8.根据权利要求5所述的脉冲检测电路，其特征在于，所述模数转换电路，包括：

A/D转换器，所述A/D转换器的输入端连接所述放大电路的输出端，用于采集所述放大电路的输出信号，所述A/D转换器的输出端连接至所述处理器；

参考电压源电路，与所述A/D转换器连接，用于给A/D转换器提供参考电压。

9.根据权利要求4至8中任一所述的脉冲检测电路，其特征在于，所述脉冲检测电路还包括：

第三运算放大器，所述第三运算放大器的反相输入端连接所述第一二极管的阴极，同相输入端连接所述第一二极管的阳极，输出端连接所述模数转换电路。

10.一种芯片，其特征在于，包括壳体，封装在所述壳体中的电路板，以及经由所述壳体向外引出的电源引脚、接地引脚、采样引脚和开关控制引脚，其中，所述电路板集成有权利要求4至8中任一项所述的脉冲检测电路，所述脉冲检测电路的电源端口、接地端口、开关控制端口与所述电源引脚、所述接地引脚、所述开关控制引脚一一对应连接。

11.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求10所述的芯片。