JP6863922B2 - 長測距ライダー用の高ダイナミックレンジアナログフロントエンド受信機 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年3月27日に出願された米国仮出願第62/477,053号、および2017年4月7日に出願された米国仮出願第62/483,315号の利益を主張する。本米国仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
VD=ダイオード両端の印加電圧
k=ボルツマン定数(1.38*10−23ジュール/ケルビン)
T=ケルビンでの絶対温度
q=電子電荷(1.6*10−19クーロン)
ID=ダイオードを流れる実際の電流
Is=拡散電流(デバイスに依存する定数)
いわゆる熱ダイオード電圧VTは、室温でkT/q=26mVである。
Iclip1,max=(Vclip2−Vclip1+Iclip2*RD2,int)/(Rd+RD1,int)
ここでフィードバック抵抗Rfを通る電流は無視できるものと仮定している。RD1,intはダイオードD1の電圧依存内部抵抗であり、RD2,intはダイオードD2の電圧依存内部抵抗である。Vclip2=Vclip1を選択することにより、D1を流れる最大電流が最小になる。
Rf フィードバック抵抗
200 トランスインピーダンス増幅器(TIA)
202 バッファ増幅器
204,404 ダイオード
402 オペアンプ
504 トランジスタ
Claims (15)
- フロントエンド受信機であって、
トランスインピーダンス増幅器(TIA)の入力ポートに印加される入力電流を出力電圧に変換するように構成されたTIAと、
第1のクリッピング回路であって、ターンオン電圧を備えた整流素子を有するダイオード経路経由で前記入力ポートに連結され、前記第1のクリッピング回路に印加されるクリップ電圧に応答して、前記TIAの入力電圧の最大値を、前記整流素子の前記ターンオン電圧を上回らないだけ前記TIAの飽和閾値電圧を超える値に制限するように構成された、第1のクリッピング回路と、を備え、
前記入力ポートに連結された信号出力を有し、光信号に応答して前記入力電流を供給するフォトダイオードをさらに備え、
前記TIAの前記入力ポートと前記フォトダイオードの前記信号出力との間に介在する抵抗素子と、前記フォトダイオードの前記信号出力に接続された電流消散ダイオード回路と、をさらに備え、
前記電流消散ダイオード回路は、第2のターンオン電圧を備えた第2の整流素子を有する第2のダイオード経路経由で前記フォトダイオードの前記信号出力に接続された第2のクリッピング回路を備え、かつ前記第2のクリッピング回路に印加される第2のクリップ電圧に応答して、前記フォトダイオードによって発生され前記第2のダイオード経路を流れる光電流の一部を消散させるように構成される、
フロントエンド受信機。 - 前記第1のクリッピング回路は、前記クリップ電圧に連結された第1の入力端子と前記TIAの前記入力ポートに連結された第2の入力端子とを有する第1の増幅器を備える適応クリッピング回路であり、前記ダイオード経路は、前記第1の増幅器の出力端子と前記TIAの前記入力ポートとを連結する、請求項1に記載のフロントエンド受信機。
- 前記整流素子はダイオードを備える、請求項1に記載のフロントエンド受信機。
- 前記整流素子は、前記第1の増幅器の前記出力端子に連結されたゲートと前記TIAの前記入力ポートに連結されたエミッタとを有するトランジスタを備える、請求項2に記載のフロントエンド受信機。
- 前記ダイオード経路は、直列に接続された制限抵抗経由で前記第1の増幅器の前記出力端子と前記TIAの前記入力ポートとを連結し、前記第2の入力端子は、前記直列に接続された制限抵抗経由で前記TIAの前記入力ポートに連結される、請求項2に記載のフロントエンド受信機。
- 前記直列に接続された制限抵抗は、前記TIAのフィードバック抵抗の抵抗値よりも約少なくとも1桁だけ小さい抵抗値を有する、請求項5に記載のフロントエンド受信機。
- 前記第2の入力端子は、前記直列に接続された制限抵抗の両端の電流誘起電圧降下だけ前記TIAの前記入力電圧より低い電圧を感知する、請求項5に記載のフロントエンド受信機。
- 前記電流消散ダイオード回路は静電気放電ダイオード(ESD)を備える、請求項1に記載のフロントエンド受信機。
- 前記電流消散ダイオード回路は、前記第2のクリッピング回路に印加される第2のクリップ電圧に応答して、前記抵抗素子を流れる光電流の残りの部分が前記抵抗素子の両端に電圧降下を生成するように、前記TIAの前記入力ポートにおける前記入力電圧の最大値は、前記第2のターンオン電圧を上回らないだけ前記TIAの前記飽和閾値電圧よりも高い値に制限されるように、前記フォトダイオードによって発生され前記第2のダイオード経路を流れる前記光電流の一部を消散させるように構成される、請求項1に記載のフロントエンド受信機。
- トランスインピーダンス増幅器(TIA)を有するフロントエンド受信機を動作させる方法であって、
クリップ電圧を、第1の適応クリッピング回路の第1の入力端子に供給することと、
前記TIAの入力電圧から導出されたフィードバック電圧を、前記第1の適応クリッピング回路の第2の入力端子に供給することと、
前記第1の適応クリッピング回路の出力電圧を、ターンオン電圧を有する整流素子を備えるダイオード経路経由で前記TIAの入力ポートに連結することと、
前記フィードバック電圧が前記クリップ電圧に等しくなるように前記第1の適応クリッピング回路の前記出力電圧を調整することと、を含み、
前記TIAの入力電圧の最大値が、前記TIAの飽和閾値電圧よりも前記整流素子の前記ターンオン電圧を上回らないだけ高い値に制限されるように前記クリップ電圧が選択され、
前記TIAの前記入力電圧は、光信号に応答してフォトダイオードによって発生される光電流から導出され、
前記フォトダイオードの信号出力と前記TIAの前記入力ポートとの間に抵抗素子を接続することと、
電流消散ダイオード回路を前記フォトダイオードの前記信号出力に接続することと、をさらに含み、
前記電流消散ダイオード回路は、第2のターンオン電圧を備えた第2の整流素子を有する第2のダイオード経路経由で前記フォトダイオードの前記信号出力に接続された第2のクリッピング回路を備え、
かつ前記第2のクリッピング回路に印加される第2のクリップ電圧に応答して、前記抵抗素子を流れる前記光電流の残りの部分が前記抵抗素子の両端に電圧降下を生成するように、前記TIAの前記入力ポートにおける前記入力電圧は、前記TIAの前記飽和閾値電圧よりも前記第2の整流素子の第2のターンオン電圧を上回らないだけ高い最大値に制限されるように、前記電流消散ダイオード回路は前記フォトダイオードによって発生された前記光電流の一部を消散させるように構成される、方法。 - 前記整流素子はダイオードを備える、請求項10に記載の方法。
- 前記整流素子は、前記第1の適応クリッピング回路の出力端子に連結されたゲートと前記TIAの前記入力ポートに連結されたエミッタとを有するトランジスタを備える、請求項10に記載の方法。
- 前記ダイオード経路は、前記整流素子と直列に接続された制限抵抗をさらに備える、請求項10に記載の方法。
- 前記フィードバック電圧は、前記制限抵抗両端の電圧降下分だけ前記TIAの前記入力電圧よりも小さい、請求項13に記載の方法。
- トランスインピーダンス増幅器(TIA)を有するフロントエンド受信機であって、
クリップ電圧を第1の適応クリッピング回路の入力に印加し、前記第1の適応クリッピング回路の出力電圧を前記クリップ電圧に見合って調整する手段と、
前記第1の適応クリッピング回路の出力と前記TIAの入力ポートとの間に接続された整流手段と、を備え、
前記クリップ電圧は、前記TIAの前記入力ポートにおける最大入力電圧が、前記TIAの飽和閾値電圧よりも前記整流手段のターンオン電圧を上回らないだけ高いように選択され、
信号電流を発生する光検出器手段と、
前記光検出器手段と前記TIAの前記入力ポートとの間に接続された抵抗手段と、
前記光検出器手段に接続された電流消散手段と、をさらに備え、前記電流消散手段は、
第2のターンオン電圧を備えた第2の整流手段経由で前記光検出器手段に接続された第2の適応クリッピング回路を備え、かつ前記第2の適応クリッピング回路に印加される第2のクリップ電圧に応答して、前記抵抗手段を流れる前記信号電流の残りの部分が前記抵抗手段の両端の電圧降下を生成するように、前記TIAの前記入力ポートの入力電圧が前記TIAの前記飽和閾値電圧よりも前記第2の整流手段の第2のターンオン電圧を上回らないだけ高くなるように、前記光検出器手段によって発生された前記信号電流の一部を消散するように構成された、フロントエンド受信機。
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