具有2态的单位增益缓冲器制造技术

本公开涉及具有2态的单位增益缓冲器。单位增益缓冲器提供输入信号耦合到输出端的“ON”状态和输入信号与输出端隔离的“OFF”状态。多单位增益缓冲器可以共享相同的负载以形成电压‑模式最大跟随器或多路复用器。

【技术实现步骤摘要】
具有2态的单位增益缓冲器
本专利技术涉及模拟放大器。具体地说，本专利技术涉及可以用于诸如电压-模式最大跟随器或多路复用器的模拟放大器。
技术介绍
在没有任何移动机械部件的固态光检测和测距(LIDAR)系统变得可用之前，需要商用现货(COTS)接收器来解决多通道高电平中的板，功率和成本限制性能LIDAR接收器。高分辨率多通道LIDAR系统(例如具有高级驾驶员辅助系统的车辆)使用多个激光器和多个光电传感器，例如雪崩光电二极管(“APD”)。在这样的系统中，TIA通常将来自APD的光能转换为电能。为了减少LIDAR接收器的电路板面积，功耗和材料清单，每个TIA可以在多个APD之间复用。这种多路复用是通过使用信号路径中的附加模拟开关和增益模块来实现的。图1(a)示出了常规TIA100，其由前置放大器101和单端输出缓冲器102组成，通过2：1选择器或多路复用器103接收输入信号。例如，在2016年3月29日授予Lenius等人的标题为“SystemsandMethodsforSelectablePhotodiodecircuitscircuits”的美国专利9,299,731中公开了这种电路配置。在该电路配置中，开关的导通电阻并且TIA输入端的电容增加会增加噪声增益。因此，这种方法会降低接收机的带宽和动态范围。为了提高噪声性能，一种方法是放弃多路复用TIA并将开关置于TIA的输出端，如图1(b)所示图1(b)示出了多路复用传统TIA110和111的输出信号的开关112。开关112可以由形成在集成电路中的开关来实现，诸如来自AnalogDevices，Inc.的电压模式单刀双掷(SPDT)ADG788。但是，这种开关限制了带宽，并且可能需要额外的电源电压，以免限制信号摆动。此外，这样的开关具有缓慢的转换时间(例如，20ns)。为实现更短的转换时间，电流模式切换可用于实现5ns以下的切换时间，并且经过精心设计，可在标准双极性工艺中实现亚纳秒级切换时间。在电压-模式中构建快速转换开关是一项挑战，即使在绝缘体上硅工艺中，这可能相当昂贵。开关112的一种替代实施方式是电压-模式最大跟随器电路。图2(a)示出了常规电压-模式最大跟随器电路200，其包括多个公共集电极级201-1,201-2，...，201-N，每个公共集极级包括双极型晶体管(例如双极型晶体管202-1,202-2，...，202-N)。这些双极晶体管的发射极端子连接到公共电流源204，并且它们的基极端子分别由输入端子in1，in2，...，inN中的相应一个输入信号控制。公共集电极级201-1,201-2，...，201-N是共享相同输出端203的射极跟随器。通过将有源输入端子的最小电压保持为高于任何无源输入端子处的最大电压，电压-模式最大跟随器电路200可以用作输出多路复用器。以这种方式，只有单个有源端子中的信号被提供给公共输出端203。具有无源输入端子的双极晶体管中的电流基本上被公共输出端203抑制。图1(b)的方法需要每个输入信号通道都有专用的TIA，因此会增加成本。另一个困难是目前最先进的COTSTIA不能直接纳入这种方法。例如，常规COTSTIA提供单端输出信号，通常来自单位增益缓冲器的输出级，如美国国家半导体的LM110集成电路。(例如，LM110的讨论可以在1994年11月的美国国家半导体的数据表LM110/LM210/LM310电压跟随器和1994年11月出版的IEEEJournalofSolid-StateCircuits，4(4)：249-251，1969年8月中找到)。图2(b)示出了常规单位增益缓冲器250，其例如在LM110集成电路中实现。在单位增益缓冲器250中，输出端253的电压反馈通过电压反馈增强了基本射极跟随器的隔离度和线性度。然而，常规单位增益缓冲器(例如单位增益缓冲器250)不能用作电压-模式最大跟随器电路(例如上述电压-模式最大跟随器电路200)中的公共集电极级或者在两个或更多个缓冲器共享相同的输出负载的输出多路复用器电路中。为了说明，图3(a)示出了使用单位增益缓冲器301和302共享输出节点303来构建电压-模式最大跟随器300的不成功的尝试。在图3(a)中，单位增益缓冲的电压反馈放大器A01器件301驱动晶体管Q01的发射极端子处的电压跟随输入信号in1，而单位增益缓冲器302的电压反馈放大器A02驱动晶体管Q02的发射极端子处的电压跟随输入信号in2。因此，电路300显示出不确定的信号争用。因此，基于单位增益缓冲器的电压-模式最大跟随器电路是理想的，它允许具有较高电压的输入端子驱动输出节点，同时用相同输出节点的较低输入电压隔离其他输入端子。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，单位增益缓冲器提供输入信号耦合到输出端的“ON”状态和输入信号与输出端隔离的“OFF”状态。多单位增益缓冲器可以共享相同的负载以形成电压-模式最大跟随器或多路复用器。根据本专利技术的一个实施方案，2态单位增益缓冲器可具有输入端和输出端，并且可包括：(i)具有非反相输入端和反相输入端以及输出端的差分放大器；(ii)具有第一端、第二端和控制端的晶体管(例如双极晶体管)，其中(a)所述晶体管的第一端耦合电源电压参考，和(b)所述控制端耦合所述差分放大器的输出端；和(iii)具有第一端、第二端和第三端的二极管矩阵，其中(a)所述二极管矩阵的第一端耦合所述差分放大器的反相输入端，(b)所述二极管矩阵的第二端耦合所述晶体管的第二端，和(c)所述二极管矩阵的第三端耦合所述2态单位增益缓冲器的输出端。2态单位增益缓冲器可被配置为使得：(a)当所述2态单位增益缓冲器处于第一状态时，穿越二极管矩阵的第一和第二端的电压基本上是穿越导通二极管的电压降，和(b)当所述2态单位增益缓冲器处于第二状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端基本相同。根据本专利技术的一个实施方案，第一电流源耦合在电源电压参考和二极管矩阵的第一端之间，第二电流源耦合在晶体管的第二端和接地参考之间，并且第三电流源耦合在接地电压参考和二极管矩阵的第三端之间。根据本专利技术的一个实施方案，电压-模式最大电压跟随器电路可以通过将本专利技术的多个2态单位增益缓冲器连接到电压-模式最大电压跟随器电路的公共输出端来形成。考虑到下面结合附图的详细描述，可以更好地理解本专利技术。附图说明图1(a)示出了常规TIA100，其由前置放大器101和单端输出缓冲器102组成，通过2：1选择器或多路复用器103接收输入信号。图1(b)示出了多路复用常规TIA110和111的输出信号的开关112。图2(a)示出常规电压-模式最大跟随器电路200。图2(b)示出常规单位增益缓冲器250。图3(a)示出了使用单位增益缓冲器301和302共享输出节点303来构建电压-模式最大跟随器300的不成功尝试。图3(b)是示出根据本专利技术的一个实施例的共享输出端353的TIA351和352的框图。图4示出了根据本专利技术的一个实施例的可用于构建电压-模式最大跟随器电路或输出多路复用器电路的2态单位增益缓冲器400。图5示出了根据本专利技术的一个实施例的用于在ON状态下操作的2态单位增益缓冲器400的等效电路420。图6示出了根据本专利技术的一个实施例的用于在关闭状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道光检测和测距(LIDAR)系统，具有多个信号通道，每个通道接收来自相应光传感器的输入信号，所述信号通道包括：前置放大器，接收所述输入信号并提供放大的信号；和2态单位增益缓冲器，接收来自所述前置放大器的放大的信号并在输出端提供输出信号，其中所述信号通道的输出端连接在一起，使得所述信号通道的2态单位增益缓冲器形成最大电压跟随器电路。

【技术特征摘要】
2017.03.21 US 15/465,5621.一种多通道光检测和测距(LIDAR)系统，具有多个信号通道，每个通道接收来自相应光传感器的输入信号，所述信号通道包括：前置放大器，接收所述输入信号并提供放大的信号；和2态单位增益缓冲器，接收来自所述前置放大器的放大的信号并在输出端提供输出信号，其中所述信号通道的输出端连接在一起，使得所述信号通道的2态单位增益缓冲器形成最大电压跟随器电路。2.权利要求1所述的LIDAR系统，其中每个信号通道包括跨阻放大器。3.权利要求1所述的LIDAR系统，其中每个2态单位增益缓冲器包括：具有非反相输入端和反相输入端以及输出端的差分放大器；具有第一端、第二端和控制端的晶体管，其中(a)所述晶体管的第一端耦合电源电压参考，和(b)所述控制端耦合所述差分放大器的输出端；和具有第一端、第二端和第三端的二极管矩阵，其中(a)所述二极管矩阵的第一端耦合所述差分放大器的反相输入端，(b)所述二极管矩阵的第二端耦合所述晶体管的第二端，和(c)所述二极管矩阵的第三端耦合所述2态单位增益缓冲器的输出端。4.权利要求3所述的LIDAR系统，其中每个2态单位增益缓冲器被配置为使得：(a)当所述2态单位增益缓冲器处于第一状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本等于穿越导通二极管的电压降的电压差，和(b)当所述2态单位增益缓冲器处于第二状态时，所述二极管矩阵的第一和第二端具有基本相同的电压。5.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，二极管连接2态单位增益缓冲器中二极管矩阵的第一和第二端。6.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，二极管将二极管矩阵的第三端连接到二极管矩阵的第一和第二端的每一个。7.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在电源电压参考和二极管矩阵的第一端之间。8.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在晶体管的第二端和接地参考之间。9.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，电流源耦合在接地电压参考和二极管矩阵的第三端之间。10.权利要求3所述的LIDAR系统，其中在每个2态单位增益缓冲器中，该晶体管包括双极晶体管。11.具有多个输入端和输出端的电压-模式最大电压跟随器电路，包括多个2态单位增益缓冲器，每个2态单位增益缓冲器具有输入端和输出端，其中每个2态单位增益缓冲器的输入端耦合电压-模式最大电压跟随器电路的相应一个输入端，并且其中每个2态单位增益缓冲器的输出端耦合电压-模式最大电压跟随器电路的输出端，2态单位增益缓冲器耦合在电源电压参考和接地电压参考之间，每个2态单位增益缓冲器包括：具有非反相输入端和反相输入端以及输出端的差分放大器；具有第一端、第二端和控制端的晶体管，其中(a)所述晶体管的第一端耦合电源电压参考，和(b)所述控制端耦合所述差分放大器的输出端；和具有第一端、第二端和第三端的二极管矩阵，其中(a)所述二极管矩阵的第一端耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·阿杜特，
申请(专利权)人：线性技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US