高增益大线性动态范围跨阻放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种高增益大线性动态范围跨阻放大器，包括：电流镜式跨阻前置放大器、电流复用反相器形式跨阻放大器、高通滤波器及可变增益放大电路；其中，电流镜式跨阻前置放大器与电流复用反相器形式跨阻放大器均电连接信号输入端IN；高通滤波器分别电连接电流镜式跨阻前置放大器与电流复用反相器形式跨阻放大器；可变增益放大电路电连接高通滤波器并电连接信号输出端OUT。本发明专利技术通过串联在电路中的开关管切换两种不同结构的跨阻放大器，实现不同的增益模式，扩大了输入电流信号的线性动态范围；此外，本发明专利技术提供的高增益大线性动态范围跨阻放大器，结构与控制策略均简单。

High gain and large linear dynamic range resistance amplifier

The invention relates to a high gain linear dynamic range transimpedance amplifier includes a current mirror type transimpedance amplifier, inverter current reuse form transimpedance amplifier, high pass filter and variable gain amplifier circuit; wherein, the current mirror type transimpedance amplifier and current reuse inverter form transimpedance amplifier are all electrically connected with the signal input end IN; high pass filter are respectively electrically connected with the current mirror type transimpedance amplifier and current reuse inverter form transimpedance amplifier; variable gain amplifier circuit is electrically connected with the high pass filter and is electrically connected with the signal output end of the OUT. The transimpedance amplifier series switch in the circuit switching tube of two different structures, different patterns of gain, expand the linear dynamic range of the input signal; in addition, the high gain linear dynamic range of the invention provides a transimpedance amplifier, structure and control strategy are simple.

【技术实现步骤摘要】
高增益大线性动态范围跨阻放大器
本专利技术属激光雷达
，特别涉及一种高增益大线性动态范围跨阻放大器。
技术介绍
1960年，世界第一台激光器问世，激光便首先在1961年被用于测距系统。时至今日，激光雷达的发展突飞猛进，其中激光雷达中集成电路的发展也是极其迅速的。由于激光具有高准直性、高单色性、高功率密度和高相干性等一系列优良的光学性能，各种应用于不同场景、不同范围的测距技术不断地推陈出新。从小至接近激光波长的微米级范围、厘米级的物体形状和远近、数公里到数十公里的目标物距离、大到地球与卫星甚至月球之间的距离，都可以利用激光来精确测量。而且随着科技的发展，激光雷达的应用范围越来越广泛，譬如汽车或航天器的导航与防撞、三维空间概貌扫描、气象侦测、地质检测等等。现代的激光雷达需要极高的精确度，而精确度的提高需要激光雷达能处理极其微弱的信号。所以高增益的放大器对激光雷达的发展极为关键。激光雷达不仅需要接收近距离的信号，还需要能接收远距离的信号，因此输入电流变化范围会很大，而目前的前端接收电路，无法满足处理大动态范围信号的要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高增益大线性动态范围跨阻放大器。本专利技术的一个实施例提供了一种高增益大线性动态范围跨阻放大器，包括：电流镜式跨阻前置放大器、电流复用反相器形式跨阻放大器、高通滤波器及可变增益放大电路；其中，电流镜式跨阻前置放大器与电流复用反相器形式跨阻放大器均电连接信号输入端IN；高通滤波器分别电连接电流镜式跨阻前置放大器与电流复用反相器形式跨阻放大器；可变增益放大电路电连接高通滤波器并电连接信号输出端OUT。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的高增益大线性动态范围跨阻放大器，采用两种结构的跨阻放大器，扩大了输出电压，并且在线性输入动态范围内不会饱和。2、本专利技术提供的高增益大线性动态范围跨阻放大器，结构简单，控制策略简单。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的一种高增益大线性动态范围跨阻放大器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种电流镜式跨阻前置放大器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种电流镜式跨阻前置放大器控制电路的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种电流复用反相器形式跨阻放大器的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种电流复用反相器式跨阻放大器控制电路结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种高通滤波器的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种可变增益放大电路的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种可变增益放电路的控制电路的结构示意图；图9为本专利技术实施例提供的一种单端转差分电路的结构示意图；图10为本专利技术实施例提供的一种后差分放大电路的结构示意图；图11为本专利技术实施例提供的一种模拟选通电路的结构示意图；图12为本专利技术实施例提供的另一种高增益大线性动态范围跨阻放大器的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种高增益大线性动态范围跨阻放大器的结构示意图。该高增益大线性动态范围跨阻放大器包括：包括：电流镜式跨阻前置放大器、电流复用反相器形式跨阻放大器、高通滤波器及可变增益放大电路；其中，电流镜式跨阻前置放大器与电流复用反相器形式跨阻放大器均电连接信号输入端IN；高通滤波器分别电连接电流镜式跨阻前置放大器与电流复用反相器形式跨阻放大器；可变增益放大电路电连接高通滤波器并电连接信号输出端OUT。进一步地，在上述实施例的基础上，请参见图2，图2为本专利技术实施例提供的一种电流镜式跨阻前置放大器的结构示意图，电流镜式跨阻前置放大器包括：电流源I、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10、第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13及第一电阻R1；其中，电流源I、第五MOS管M5及第九MOS管M9依次串接于电源端VDD与接地端GND之间；第一电阻R1、第六MOS管M6及第十MOS管M10依次串接于电源端VDD与接地端GND之间；第二MOS管M2、第四MOS管M4及第八MOS管M8依次串接于电源端VDD与接地端GND之间；第十三MOS管M13电连接于第八MOS管M8的栅极与接地端GND之间；第五MOS管M5的栅极与第六MOS管M6的栅极均电连接第一偏置电压端VB2_2；第七MOS管M7电连接于第一偏置电压端VB2_2与接地端GND之间；第七MOS管M7的栅极电连接第一控制信号端G1_P；第九MOS管M9的栅极电连接第十MOS管M10的栅极；第一MOS管M1与第三MOS管M3依次串接于电源端VDD与第九MOS管M9的栅极之间；第一MOS管M1的栅极电连接第一控制信号端G1_P；第三MOS管M3的栅极电连接电流源I与第五MOS管M5串接形成的节点处；第十一MOS管M11与第十二MOS管M12并接于第九MOS管M9的栅极与接地端GND之间；第十一MOS管M11的栅极电连接第二偏置电压端VB2_3；第十二MOS管M12的栅极电连接第一控制信号端G1_P；第十三MOS管M13的栅极电连接第一控制信号端G1_P；第二MOS管M2的栅极电连接第一控制信号端G1_P；第四MOS管M4的栅极电连接第一电阻R1与第六MOS管M6串接形成的节点处；第八MOS管M8的栅极电连接第二偏置电压端VB2_3；第五MOS管M5与第九MOS管M9串接形成的节点作为电流镜式跨阻前置放大器的输入端电连接信号输入端IN；第四MOS管M4与第八MOS管M8串接形成的节点作为电流镜式跨阻前置放大器的输出端OUT1。进一步地，在上述实施例的基础上，请参见图3，图3为本专利技术实施例提供的一种电流镜式跨阻前置放大器控制电路的结构示意图；电流镜式跨阻前置放大器控制电路包括两个反相器和一个与非门；其中，第一级反相器输入端连接输入信号G1，第一级反相器输出端连接与非门的输入端，与非门的另一个输入端连接信号EN，与非门的输出端连接第二级反相器的输入端并输出第一控制信号G1_P,第二级反相器输出端输出信号G1_N。进一步地，在上述实施例的基础上，请参见图4，图4为本专利技术实施例提供的一种电流复用反相器形式跨阻放大器的结构示意图，电流复用反相器形式跨阻放大器包括：第一反相器T1、第二反相器T2、第三反相器T3、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15、第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、可变电阻RF、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3及第四开关K4；其中，第一反相器T1、第二反相器T2及第三反相器T3依次串行电连接；第一反相器T1中PMOS管的源端、第二反相器T2中PMOS管的源端及第三反相器T3中PMOS管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高增益大线性动态范围跨阻放大器，其特征在于，包括：电流镜式跨阻前置放大器、电流复用反相器形式跨阻放大器、高通滤波器及可变增益放大电路；其中，所述电流镜式跨阻前置放大器与所述电流复用反相器形式跨阻放大器均电连接信号输入端(IN)；所述高通滤波器分别电连接所述电流镜式跨阻前置放大器与所述电流复用反相器形式跨阻放大器；所述可变增益放大电路电连接所述高通滤波器并电连接信号输出端(OUT)。

【技术特征摘要】
1.一种高增益大线性动态范围跨阻放大器，其特征在于，包括：电流镜式跨阻前置放大器、电流复用反相器形式跨阻放大器、高通滤波器及可变增益放大电路；其中，所述电流镜式跨阻前置放大器与所述电流复用反相器形式跨阻放大器均电连接信号输入端(IN)；所述高通滤波器分别电连接所述电流镜式跨阻前置放大器与所述电流复用反相器形式跨阻放大器；所述可变增益放大电路电连接所述高通滤波器并电连接信号输出端(OUT)。2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述电流镜式跨阻前置放大器包括：电流源(I)、第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)、第三MOS管(M3)、第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)、第六MOS管(M6)、第七MOS管(M7)、第八MOS管(M8)、第九MOS管(M9)、第十MOS管(M10)、第十一MOS管(M11)、第十二MOS管(M12)、第十三MOS管(M13)及第一电阻(R1)；其中，所述电流源(I)、所述第五MOS管(M5)及所述第九MOS管(M9)依次串接于电源端(VDD)与接地端(GND)之间；所述第一电阻(R1)、所述第六MOS管(M6)及所述第十MOS管(M10)依次串接于所述电源端(VDD)与所述接地端(GND)之间；所述第二MOS管(M2)、所述第四MOS管(M4)及所述第八MOS管(M8)依次串接于所述电源端(VDD)与所述接地端(GND)之间；所述第十三MOS管(M13)电连接于所述第八MOS管(M8)的栅极与所述接地端(GND)之间；所述第五MOS管(M5)的栅极与所述第六MOS管(M6)的栅极均电连接第一偏置电压端(VB2_2)；所述第七MOS管(M7)电连接于所述第一偏置电压端(VB2_2)与所述接地端(GND)之间；所述第七MOS管(M7)的栅极电连接第一控制信号端(G1_P)；所述第九MOS管(M9)的栅极电连接所述第十MOS管(M10)的栅极；所述第一MOS管(M1)与所述第三MOS管(M3)依次串接于所述电源端(VDD)与所述第九MOS管(M9)的栅极之间；所述第一MOS管(M1)的栅极电连接所述第一控制信号端(G1_P)；所述第三MOS管(M3)的栅极电连接所述电流源(I)与所述第五MOS管(M5)串接形成的节点处；所述第十一MOS管(M11)与所述第十二MOS管(M12)并接于所述第九MOS管(M9)的栅极与所述接地端(GND)之间；所述第十一MOS管(M11)的栅极电连接第二偏置电压端(VB2_3)；所述第十二MOS管(M12)的栅极电连接所述第一控制信号端(G1_P)；所述第十三MOS管(M13)的栅极电连接所述第一控制信号端(G1_P)；所述第二MOS管(M2)的栅极电连接所述第一控制信号端(G1_P)；所述第四MOS管(M4)的栅极电连接所述第一电阻(R1)与所述第六MOS管(M6)串接形成的节点处；所述第八MOS管(M8)的栅极电连接第二偏置电压端(VB2_3)；所述第五MOS管(M5)与所述第九MOS管(M9)串接形成的节点作为所述电流镜式跨阻前置放大器的输入端电连接至所述信号输入端(IN)；所述第四MOS管(M4)与所述第八MOS管(M8)串接形成的节点作为所述电流镜式跨阻前置放大器的输出端(OUT1)电连接至所述高通滤波器。3.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，所述电流复用反相器形式跨阻放大器包括：第一反相器(T1)、第二反相器(T2)、第三反相器(T3)、第十四MOS管(M14)、第十五MOS管(M15)、第十六MOS管(M16)、第十七MOS管(M17)、第十八MOS管(M18)、第十九MOS管(M19)、可变电阻(RF)、第一开关(K1)、第二开关(K2)、第三开关(K3)及第四开关(K4)；其中，所述第一反相器(T1)、所述第二反相器(T2)及所述第三反相器(T3)依次串行电连接；所述第一反相器(T1)中PMOS管的源端、所述第二反相器(T2)中PMOS管的源端及所述第三反相器(T3)中PMOS管的源端分别经所述第一开关(K1)、所述第二开关(K2)及所述第三开关(K3)电连接所述电源端(VDD)；所述第一开关(K1)、所述第二开关(K2)及所述第三开关(K3)的控制端均由第二控制信号端(G2_N)输入的信号控制；所述第一反相器(T1)中NMOS管的源端、所述第二反相器(T2)中NMOS管的源端及所述第三反相器(T3)中NMOS管的源端均电连接所述接地端(GND)；所述第一反相器(T1)的输入端经所述可变电阻(RF)电连接所述第三反相器(T3)的输出端；所述可变电阻(RF)的阻值由第三控制信号端(G2_P)输入的信号控制；所述第十四MOS管(M14)电连接于所述第一反相器(T1)的输出端与所述接地端(GND)之间；所述第十四MOS管(M14)的栅极电连接所述第一反相器(T1)的输出端；所述第十五MOS管(M15)串接于所述第二反相器(T2)的输出端与所述接地端(GND)之间；所述第十五MOS管(M15)的栅极电连接所述第二反相器(T2)的输出端；所述第十六MOS管(M16)串接于所述第三反相器(T3)的输出端与所述接地端(GND)之间；所述第十六MOS管(M16)的栅极电连接所述第三反相器(T3)的输出端；所述第十七MOS管(M17)、所述第十八MOS管(M18)及所述第四开关(K4)依次串接于所述电源端(VDD)与所述接地端(GND)之间；所述第四开关(K4)的控制端均由所述第二控制信号端(G2_N)输入的信号控制；所述第十七MOS管(M17)的栅极电连接所述第三反相器(T3)的输出端；所述第十八MOS管(M18)的栅极电连接第三偏置电压端(VB1_1)；所述第十九MOS管(M19)电连接于所述第十八MOS管(M18)的栅极与所述接地端(GND)之间；所述第十九MOS管(M19)的栅极电连接所述第二控制信号端(G2_N)；所述第一反相器(T1)的输入端作为所述电流复用反相器形式跨阻放大器的输入端电连接至所述信号端(IN)；所述第十七MOS管(M17)与所述第十八MOS管(M18)串接形成的节点作为所述电流复用反相器形式跨阻放大器的输出端(OUT2)电连接至所述高通滤波器。4.根据权利要求3所述的放大器，其特征在于，所述高通滤波器包括第一滤波电容(CL1)、第二滤波电容(CL2)、第一滤波电阻(RL1)及第二滤波电阻(RL2)；其中，所述第一滤波电容(CL1)的第一极板与所述第二滤波电容(CL2)的第一极板形成的节点作为所述高通滤波器的输入端分别电连接所述电流镜式跨阻前置放大器的输出端(OUT1)与所述电流复用反相器形式跨阻放大器的输出端(OUT2)；所述第一滤波电阻(RL1)电连接于所述共模电压端(VCM)与所述第一滤波电容(CL1)的第二极板之间；所述第二滤波电阻(RL2)电连接于所述共模电压端(VCM)与所述第二滤波电容(CL2)的第二极板之间；所述第一滤波电容(CL1)的第二极板作为所述高通滤波器的第一输出端(VIP)；所述第二滤波电容(CL2)的第二极板作为所述高通滤波器的第二输出端(VIN)。5.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，所述可变增益放大电路包括单端转差分电路、后差分放大电路及模拟选通电路；其中，所述单端转差分电路电连接所述高通滤波器；所述后差分放大电路电连接所述单端转差分电路；所述模拟选通电路分别电连接所述后差分放大电路与所述单端转差分电路；所述模拟选通电路的输出端电连接所述信号输出端(OUT)。6.根据权利要求5所述的放大器，其特征在于，所述单端转差分电路包括：第二十MOS管(M20)、第二十一MOS管(M21)、第二十二MOS管(M22)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一电容(C1)及第二电容(C2)；其中，所述第二十MOS管(M20)与所述第二十二MOS管(M22)依次串接于所述电源端(VDD)与所述接地端(GND)之间；所述第三电阻(R3)与所述第二电容(C2)并接于所述第二十一MOS管(M21)的源、漏两端；所述第二电阻(R2)与所述第二十一MOS管(M21)依次串接于所述电源端(VDD)与所述接地端(GND)之间；所述第一电容(C1)并接于所述第二电阻(R2)两端；所述第二十二MOS管(M22)的栅极电连接第四偏置电压端(VB3_1)；所述第二十MOS管(M20)的栅极作为所述单端转差分电路的第一输入端电连接所述高通滤波器的第一输出端(VIP)；所述第二十一MOS管(M21)的栅极作为所述单端转差分电路的第二输入端电连接所述高通滤波器的第二输出端(VIN)；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学邦，马瑞，刘帘曦，朱樟明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学昆山创新研究院，西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32