具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器和信号处理单元，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元相接且用于控制三组开关器工作的幅度检测器。本发明专利技术还公开了一种光接收器，包括跨阻放大器和与跨阻预放大器输入端相接的光电转换器模块。本发明专利技术还公开了一种接收并放大光信号的方法，该方法包括以下步骤：一、光电转换；二、利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号：电信号一级放大；电压信号比较并选择开关器组；信号缓冲及信号处理。本发明专利技术可根据输入信号强弱选择信号放大级数，即可满足微弱电信号的灵敏度要求，又可避免大输入电信号过载的问题。

【技术实现步骤摘要】
具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器
本专利技术属于光通信
，具体涉及一种具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器。
技术介绍
激光成像系统中，其回波光学接收模块是接收回波信号并把光学信号转换为电信号，激光探测成像接收系统的灵敏度取决于采用的探测技术和探测器件的灵敏度，其整体性能和探测器的输出噪声及输出信噪比密切相关。在3D成像激光雷达接收模块中，为获取回波脉冲的强度信息，通常采用线性工作模式APD探测回波脉冲光电流，接收器模块模拟前端跨阻放大器用于将回波脉冲光电流转换为电压信号，且具有线性跨阻增益值，故雷达接收器的输出电压与输入光功率成线性比例。由于受目标距离，反射率，大气传输等影响，回波脉冲的幅度变化范围大，故要求接收器模拟前端跨阻放大器具有既能够处理小微弱电流信号，又能处理大电流信号，即跨阻放大器要能够处理足够大动态范围的输入电流信号。现有跨阻增益多为固定恒定的值，若跨阻放大器的跨阻增益值太大，能够满足低输入光功率即微弱电流信号的灵敏度要求，但当输入光功率过大时，跨阻放大器会过载；另一方面，如果跨阻放大器增益值小，满足大输入光功率的过载要求，但当输入光功率小时，导致跨阻放大器的灵敏度降低，甚至不能检测到回波脉冲信号。因此，可以看到，成像激光雷达接收器模拟前端跨阻放大器的跨阻增益值设置与输入信号动态范围存在设计困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其设计四级放大器，通过幅度检测器检测跨阻预放大器一级放大信号强弱，进而选通对应开关器组，使跨阻放大器在大输入电流信号时不饱和或不过载，在低输入电流信号时，具有足够高灵敏度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器和信号处理单元，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元相接且用于控制所述三组开关器工作的幅度检测器，其中，所述四级放大器包括依次串联的跨阻预放大器、单端输入转差分输出电路、固定增益放大器一和固定增益放大器二，用于放大输入电流信号并将放大的输入电流信号转换为电压信号；输出缓冲器，用于将所述四级放大器输出的电压信号暂存；所述三组开关器包括开关器组一、开关器组二和开关器组三，开关器组一，用于选通跨阻预放大器一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至输出缓冲器；开关器组二，用于选通经跨阻预放大器、单端输入转差分输出电路和固定增益放大器一三级放大信号，并将所述三级放大信号传输至输出缓冲器；开关器组三，用于选通所述四级放大器四级放大信号，并将所述四级放大信号传输至输出缓冲器；幅度检测器，用于检测跨阻预放大器一级放大信号的电压幅度，将跨阻预放大器一级放大信号的电压幅度转换为数字信号传输至信号处理单元，并控制开关器组一、开关器组二或开关器组三选通；信号处理单元，用于接收幅度检测器输出的数字信号和输出缓冲器输出的电压信号，并对该电压信号进行处理。上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述跨阻预放大器包括伪反相器一以及并联在伪反相器一的输入端和输出端之间的反馈元件一。上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述单端输入转差分输出电路包括差分放大电路和与差分放大电路的反相输入端相接的基准放大器，差分放大电路的同相输入端与跨阻预放大器的输出端相接，基准放大器包括伪反相器二以及并联在伪反相器二的输入端和输出端之间的反馈元件二。上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述反馈元件一和反馈元件二均为电阻器或者电容器与电阻器的并联组件。上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述固定增益放大器一和固定增益放大器二均为全差分放大电路。上述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述幅度检测器包括具有一个输入端和两个输出端的阈值产生电路以及具有两个输入端和三个输出端的逻辑电路，阈值产生电路通过电压比较器一和电压比较器二与逻辑电路连接，阈值产生电路的输入端与基准放大器的输出端相接，阈值产生电路的一个输出端与电压比较器一的反相输入端相接，阈值产生电路的另一个输出端与电压比较器二的反相输入端相接，电压比较器一的同相输入端和电压比较器二的同相输入端均与跨阻预放大器的输出端相接，电压比较器一的输出端与逻辑电路的一个输入端相接，电压比较器二的输出端与逻辑电路的另一个输入端相接，开关器组一、开关器组二或开关器组三分别由逻辑电路的三个输出端控制；所述阈值产生电路的一个输出端输出的电压阈值Vref1小于阈值产生电路的另一个输出端输出的电压阈值Vref2。本专利技术还提供了一种光接收器，通过该光接收器，获取目标表面所反射回来的光辐射强度，根据实际的光辐射强度可以选择不同的信号放大等级，进而获取目标表面信息，应用范围广。为实现上述目的，本专利技术光接收器采用的技术方案是：一种光接收器，其特征在于，包括：上述的跨阻放大器和与跨阻预放大器输入端相接的光电转换器模块。上述的光接收器，其特征在于：所述光电转换器模块为光电二极管APD，用于将光信号转换为电流信号。同时，本专利技术还公开了一种方法步骤简单，可自动检测光输入信号，并对输入的光信号进行光电转换，在利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号的接收并放大光信号的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、光电转换：采用光电转换器模块接收光信号，并将该光信号转换为电信号，所述电信号为电流信号；步骤二、利用所述跨阻放大器放大并处理所述电信号，过程如下：步骤201、电信号一级放大：采用跨阻预放大器对步骤一中的电流信号进行一级放大，并对一级放大后的电流信号进行电压转换，得到一级放大后的电信号的电压值Vout11；步骤202、电压信号比较并选择开关器组：将一级放大后的电信号的电压值Vout11同时输入至电压比较器一的同相输入端和电压比较器二的同相输入端进行电压比较，当Vout11>Vref2时，逻辑电路控制开关器组一选通同时开关器组二和开关器组三断开，实现电压信号一级放大；当Vref1<Vout11<Vref2时，逻辑电路控制开关器组二选通同时开关器组一和开关器组三断开，实现电压信号三级放大；当Vout11<Vref1时，逻辑电路控制开关器组三选通同时开关器组一和开关器组二断开，实现电压信号四级放大；其中，Vref1为阈值产生电路的一个输出端输出的电压阈值，Vref2为阈值产生电路的另一个输出端输出的电压阈值；步骤203、信号缓冲及信号处理：将步骤202中输出的电压放大信号传输至输出缓冲器进行信号暂存后传输至信号处理单元，得到最终等效输出电压。上述的方法，其特征在于：步骤203中信号处理单元通过数模转换将模拟电压信号转换为数字信号，并接收幅度检测器传输的数字位对所述数字信号进行加权计算，获得最终等效输出电压。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术跨阻放大器采用四级放大器对输入的电流信号进行逐级的放大，通过跨阻预放大器进行信号一级放大并电流电压转换，采用幅度检测器对该一级放大信号幅值进行检测，根据实际信号强度选择三组开关器中的一组开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器(10)和信号处理单元(11)，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元(11)相接且用于控制所述三组开关器工作的幅度检测器(3)，其中，所述四级放大器包括依次串联的跨阻预放大器(2)、单端输入转差分输出电路(4)、固定增益放大器一(5)和固定增益放大器二(6)，用于放大输入电流信号并将放大的输入电流信号转换为电压信号；输出缓冲器(10)，用于将所述四级放大器输出的电压信号暂存；所述三组开关器包括开关器组一(7)、开关器组二(8)和开关器组三(9)，开关器组一(7)，用于选通跨阻预放大器(2)一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至输出缓冲器(10)；开关器组二(8)，用于选通经跨阻预放大器(2)、单端输入转差分输出电路(4)和固定增益放大器一(5)三级放大信号，并将所述三级放大信号传输至输出缓冲器(10)；开关器组三(9)，用于选通所述四级放大器四级放大信号，并将所述四级放大信号传输至输出缓冲器(10)；幅度检测器(3)，用于检测跨阻预放大器(2)一级放大信号的电压幅度，将跨阻预放大器(2)一级放大信号的电压幅度转换为数字信号传输至信号处理单元(11)，并控制开关器组一(7)、开关器组二(8)或开关器组三(9)选通；信号处理单元(11)，用于接收幅度检测器(3)输出的数字信号和输出缓冲器(10)输出的电压信号，并对该电压信号进行处理。...

【技术特征摘要】
1.具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：包括依次连接的四级放大器、输出缓冲器(10)和信号处理单元(11)，以及用于选择增益放大倍数的三组开关器和与信号处理单元(11)相接且用于控制所述三组开关器工作的幅度检测器(3)，其中，所述四级放大器包括依次串联的跨阻预放大器(2)、单端输入转差分输出电路(4)、固定增益放大器一(5)和固定增益放大器二(6)，用于放大输入电流信号并将放大的输入电流信号转换为电压信号；输出缓冲器(10)，用于将所述四级放大器输出的电压信号暂存；所述三组开关器包括开关器组一(7)、开关器组二(8)和开关器组三(9)，开关器组一(7)，用于选通跨阻预放大器(2)一级放大信号，并将所述一级放大信号传输至输出缓冲器(10)；开关器组二(8)，用于选通经跨阻预放大器(2)、单端输入转差分输出电路(4)和固定增益放大器一(5)三级放大信号，并将所述三级放大信号传输至输出缓冲器(10)；开关器组三(9)，用于选通所述四级放大器四级放大信号，并将所述四级放大信号传输至输出缓冲器(10)；幅度检测器(3)，用于检测跨阻预放大器(2)一级放大信号的电压幅度，将跨阻预放大器(2)一级放大信号的电压幅度转换为数字信号传输至信号处理单元(11)，并控制开关器组一(7)、开关器组二(8)或开关器组三(9)选通；信号处理单元(11)，用于接收幅度检测器(3)输出的数字信号和输出缓冲器(10)输出的电压信号，并对该电压信号进行处理。2.按照权利要求1所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述跨阻预放大器(2)包括伪反相器一(2-1)以及并联在伪反相器一(2-1)的输入端和输出端之间的反馈元件一(2-2)。3.按照权利要求2所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述单端输入转差分输出电路(4)包括差分放大电路(4-1)和与差分放大电路(4-1)的反相输入端相接的基准放大器(4-2)，差分放大电路(4-1)的同相输入端与跨阻预放大器(2)的输出端相接，基准放大器(4-2)包括伪反相器二(4-2-1)以及并联在伪反相器二(4-2-2)的输入端和输出端之间的反馈元件二(4-2-2)。4.按照权利要求3所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述反馈元件一(2-2)和反馈元件二(4-2-2)均为电阻器或者电容器与电阻器的并联组件。5.按照权利要求3所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述固定增益放大器一(5)和固定增益放大器二(6)均为全差分放大电路。6.按照权利要求3所述的具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器，其特征在于：所述幅度检测器(3)包括具有一个输入端和两个输出端的阈值产生电路(3-1)以及具有两个输入端和三个输出端的逻辑电路(3-4)，阈值产生电路(3-1)通过电压比较器一(3-3)和电压比较器二(3-2)与逻辑电路(3-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑浩，刘延飞，田琦，王秋妍，杨东东，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61