【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子及光电子，涉及一种带输入保护的高增益跨阻放大电路，可用于需宽动态范围的跨阻放大器场合。
技术介绍
1、近年来，在激光雷达领域，为了满足激光雷达的大动态范围测距的要求，要求探测器具有非常大的光响应动态范围，在一般情况下都是采用跨阻放大器的自动增益控制来提供光电流的大动态范围放大，但由于自动增益控制需要上百微秒的稳定时间，而激光雷达要求切换时间以及饱和恢复时间均小于1us以下，而通过系统控制选择不同增益段的跨阻放大电路来满足大动态范围又无法适应激光雷达实时性的要求，因而，为了提高激光雷达的性能，探测器读出电路必须满足高增增益、大带宽、大动态范围以及实时性的要求，同时保证在强输入信号光强下信号不失真，电路安全稳定工作。
2、为了实现探测器读出电路必须满足高增增益、大带宽、大动态范围以及实时性的要求，光电探测器由apd及后续放大电路组成。由于探测范围大，apd将微弱的光信号转换为电流信号输出同样具有很大的范围，为了准确地获取大范围的电流信息，同时保证输出波形的不畸变、不震荡，需要设计一种在小信号、大信号输入情况下均能有效反映输入光强的变化的放大电路，且要求在强信号电流下保证电路的稳定工作。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、本专利技术的目的是：针对某型激光雷达探测器，提出一种带输入保护的高增益跨阻放大电路，通过建立新的信号电流通路，在输入信号电流过大时，将信号电流在这一电流通路进行泄放，从而保证流入跨阻放大电路中的信号电流减小，在保证高增益
3、(二)技术方案
4、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种带输入保护的高增益跨阻放大电路包括输入保护电路1、高增益跨阻放大电路2和apd3，apd3通过光照产生光生电流信号，跨阻放大电路2将apd3产生的光生电流信号转换并放大为电压信号vout；当光强增大，跨阻放大电路2饱和后，输入保护电路1将饱和后的电流信号泄放，实现输入保护。
5、输入保护电路1包括电阻r1、电容c1、晶体管m1、晶体管m2，电阻r1一端连电源端，另一端连接晶体管m1的漏极，晶体管m1的源极接地，晶体管m1的栅极连接晶体管m2的栅极，晶体管m2的源极连接apd3的负极，晶体管m2的漏极连电源端，晶体管m2的栅极和晶体管m1的栅极之间的连接点连接电容c1的一端，电容c1的另一端接地。
6、输入保护电路1中，晶体管m2的栅极和晶体管m1的栅极之间的连接点处电压记为vb，晶体管m2的源极与apd3的负极之间的连接点位记为in，电阻r1与晶体管m1组成偏置电路，偏置电路产生的偏执电压决定输入保护电路1的工作时机。
7、高增益跨阻放大电路2包括依次连接的第一三级反相器、第二三级反相器、第二级放大器、第三三级反相器和第三级放大器，第一三级反相器前端连接连接点位in，第三级放大器的后端连接输出端vout；高增益跨阻放大电路2还包括跨阻rf，跨阻rf一端连接在连接点位in和第一三级反相器之间，跨阻rf另一端连接在第三级放大器后端和输出端vout之间。
8、第一三级反相器包括驱动级晶体管m3和驱动级晶体管m4，驱动级晶体管m3的栅极和驱动级晶体管m4的栅极并联连接作为第一三级反相器前端，驱动级晶体管m3的源极和驱动级晶体管m4的源极并联连接作为第一三级反相器后端，驱动级晶体管m3的漏极接电源端vdd，驱动级晶体管m4的漏极接地。
9、第二三级反相器包括驱动级晶体管m5和驱动级晶体管m6，驱动级晶体管m5的栅极和驱动级晶体管m6的栅极并联连接作为第二三级反相器前端，连接第一三级反相器后端，驱动级晶体管m5的源极和驱动级晶体管m6的源极并联连接作为第二三级反相器后端，驱动级晶体管m5的漏极接电源端vdd，驱动级晶体管m6的漏极接地。
10、第二级放大器包括驱动级晶体管m7和驱动级晶体管m8，驱动级晶体管m7的栅极和驱动级晶体管m8的栅极并联连接作为第二级放大器前端，连接第二三级反相器后端；驱动级晶体管m7的源极和驱动级晶体管m8的源极并联连接作为第二级放大器后端，连接第二级放大器前端；驱动级晶体管m7的漏极接电源端vdd，驱动级晶体管m7的漏极接地。
11、第三三级反相器包括驱动级晶体管m9和驱动级晶体管m10，驱动级晶体管m9的栅极和驱动级晶体管m10的栅极并联连接作为第三三级反相器前端，连接第二三级反相器后端，驱动级晶体管m9的源极和驱动级晶体管m10的源极并联连接作为第三三级反相器后端，驱动级晶体管m9的漏极接电源端vdd，驱动级晶体管m10的漏极接地。
12、第三级放大器包括驱动级晶体管m11和驱动级晶体管m12，驱动级晶体管m11的栅极和驱动级晶体管m12的栅极并联连接作为第二级放大器前端，连接第三三级反相器后端；驱动级晶体管m11的源极和驱动级晶体管m12的源极并联连接作为第三级放大器后端，连接第三级放大器前端；驱动级晶体管m11的漏极接电源端vdd，驱动级晶体管m12的漏极接地。
13、当连接跨阻放大电路输入端m2晶体管的源级点位低于vb时，m2开启，电流不再全部流入跨阻，流过跨阻的电流所产生的压降降低，此时跨阻放大电路2中的跨阻rf不再有因输入电流信号过大而导致击穿风险，电容c1为滤波电容，减小m2管栅端除直流电压外的其他高频噪声、扰动等分量。
14、(三)有益效果
15、上述技术方案所提供的带输入保护的高增益跨阻放大电路，结构简单，通过简单结构实现了大动态范围跨阻放大器的目的；冗余性高，能够保证在10ma以上的输入电流情况下，跨阻放大电路安全稳定工作；采用该输入保护电路的跨阻放大电路，跨阻放大的动态范围可大大提高至86db以上，并且无需电路结构的切换，无需片外增加电路，提高了单片电路的稳定性和安全冗余。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，包括输入保护电路(1)、高增益跨阻放大电路(2)和APD(3)，APD(3)通过光照产生光生电流信号，跨阻放大电路(2)将APD(3)产生的光生电流信号转换并放大为电压信号Vout；当光强增大，跨阻放大电路(2)饱和后，输入保护电路(1)将饱和后的电流信号泄放，实现输入保护。
2.如权利要求1所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述输入保护电路(1)包括电阻R1、电容C1、晶体管M1、晶体管M2，电阻R1一端连电源端，另一端连接晶体管M1的漏极，晶体管M1的源极接地，晶体管M1的栅极连接晶体管M2的栅极，晶体管M2的源极连接APD(3)的负极，晶体管M2的漏极连电源端，晶体管M2的栅极和晶体管M1的栅极之间的连接点连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地。
3.如权利要求2所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述输入保护电路(1)中，晶体管M2的栅极和晶体管M1的栅极之间的连接点处电压记为VB，晶体管M2的源极与APD(3)的负极之间的连接点位记为IN，电阻R1与晶体管M1组成
4.如权利要求3所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述高增益跨阻放大电路(2)包括依次连接的第一三级反相器、第二三级反相器、第二级放大器、第三三级反相器和第三级放大器，第一三级反相器前端连接连接点位IN，第三级放大器的后端连接输出端Vout；高增益跨阻放大电路(2)还包括跨阻RF，跨阻RF一端连接在连接点位IN和第一三级反相器之间，跨阻RF另一端连接在第三级放大器后端和输出端Vout之间。
5.如权利要求4所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述第一三级反相器包括驱动级晶体管M3和驱动级晶体管M4，驱动级晶体管M3的栅极和驱动级晶体管M4的栅极并联连接作为第一三级反相器前端，驱动级晶体管M3的源极和驱动级晶体管M4的源极并联连接作为第一三级反相器后端，驱动级晶体管M3的漏极接电源端VDD，驱动级晶体管M4的漏极接地。
6.如权利要求5所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述第二三级反相器包括驱动级晶体管M5和驱动级晶体管M6，驱动级晶体管M5的栅极和驱动级晶体管M6的栅极并联连接作为第二三级反相器前端，连接第一三级反相器后端，驱动级晶体管M5的源极和驱动级晶体管M6的源极并联连接作为第二三级反相器后端，驱动级晶体管M5的漏极接电源端VDD，驱动级晶体管M6的漏极接地。
7.如权利要求6所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述第二级放大器包括驱动级晶体管M7和驱动级晶体管M8，驱动级晶体管M7的栅极和驱动级晶体管M8的栅极并联连接作为第二级放大器前端，连接第二三级反相器后端；驱动级晶体管M7的源极和驱动级晶体管M8的源极并联连接作为第二级放大器后端，连接第二级放大器前端；驱动级晶体管M7的漏极接电源端VDD，驱动级晶体管M7的漏极接地。
8.如权利要求7所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述第三三级反相器包括驱动级晶体管M9和驱动级晶体管M10，驱动级晶体管M9的栅极和驱动级晶体管M10的栅极并联连接作为第三三级反相器前端，连接第二三级反相器后端，驱动级晶体管M9的源极和驱动级晶体管M10的源极并联连接作为第三三级反相器后端，驱动级晶体管M9的漏极接电源端VDD，驱动级晶体管M10的漏极接地。
9.如权利要求8所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述第三级放大器包括驱动级晶体管M11和驱动级晶体管M12，驱动级晶体管M11的栅极和驱动级晶体管M12的栅极并联连接作为第二级放大器前端，连接第三三级反相器后端；驱动级晶体管M11的源极和驱动级晶体管M12的源极并联连接作为第三级放大器后端，连接第三级放大器前端；驱动级晶体管M11的漏极接电源端VDD，驱动级晶体管M12的漏极接地。
10.如权利要求9所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述高增益跨阻放大电路(2)中，当连接跨阻放大电路输入端驱动级晶体管M2的源级点位电压低于VB时，驱动级晶体管M2开启，电流不再全部流入跨阻，流过跨阻的电流所产生的压降降低。
...【技术特征摘要】
1.一种带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，包括输入保护电路(1)、高增益跨阻放大电路(2)和apd(3)，apd(3)通过光照产生光生电流信号，跨阻放大电路(2)将apd(3)产生的光生电流信号转换并放大为电压信号vout；当光强增大，跨阻放大电路(2)饱和后，输入保护电路(1)将饱和后的电流信号泄放，实现输入保护。
2.如权利要求1所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述输入保护电路(1)包括电阻r1、电容c1、晶体管m1、晶体管m2，电阻r1一端连电源端，另一端连接晶体管m1的漏极，晶体管m1的源极接地，晶体管m1的栅极连接晶体管m2的栅极，晶体管m2的源极连接apd(3)的负极，晶体管m2的漏极连电源端，晶体管m2的栅极和晶体管m1的栅极之间的连接点连接电容c1的一端，电容c1的另一端接地。
3.如权利要求2所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述输入保护电路(1)中，晶体管m2的栅极和晶体管m1的栅极之间的连接点处电压记为vb，晶体管m2的源极与apd(3)的负极之间的连接点位记为in，电阻r1与晶体管m1组成偏置电路，偏置电路产生的偏执电压决定输入保护电路(1)的工作时机。
4.如权利要求3所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述高增益跨阻放大电路(2)包括依次连接的第一三级反相器、第二三级反相器、第二级放大器、第三三级反相器和第三级放大器，第一三级反相器前端连接连接点位in，第三级放大器的后端连接输出端vout；高增益跨阻放大电路(2)还包括跨阻rf，跨阻rf一端连接在连接点位in和第一三级反相器之间，跨阻rf另一端连接在第三级放大器后端和输出端vout之间。
5.如权利要求4所述的带输入保护的高增益跨阻放大电路，其特征在于，所述第一三级反相器包括驱动级晶体管m3和驱动级晶体管m4，驱动级晶体管m3的栅极和驱动级晶体管m4的栅极并联连接作为第一三级反相器前端，驱动级晶体管m3的源极和驱动级晶体管m4的源极并联连接作为第一三级反相器后端，驱动级晶体管m3的漏极接电源端vdd，驱动级晶体管m4的漏极接地。
【专利技术属性】
技术研发人员：呙长冬，杨赟秀，崔少丽，郑博仁，路小龙，罗国玲，杨瑞雨，寇先果，袁菲，孔繁林，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。