一种跨阻放大器

1.本发明涉及光电通信技术领域，尤其涉及一种跨阻放大器。


背景技术：

2.在激光测距体制中，脉冲激光飞行时间(time of flight，tof)测距法是通过测量脉冲激光在目标与激光雷达接收机系统之间往返时间间隔，然后解算出目标与激光雷达接收机系统的距离，另一方面，接收机模拟前端电路主要包括前置跨阻放大器与输出驱动电路等，其中前置跨阻放大器将光电探测器的光电流放大并转化为电压，主要电路指标包括增益、带宽、噪声、动态范围等，作为模拟前端的关键电路模块决定了测距系统的探测能力、测距精度等性能指标。
3.由于激光回波能量与距离平方成反比，近距离回波功率强而远距离回波功率弱，导致信号动态范围大，对于百米测距量程以上的应用，回波动态范围通常可达10000倍。针对超大动态范围模拟前端电路，现有技术方案主要为模拟对数放大器、一般通过二极管器件作为反馈单元的放大器实现，其跨阻增益随输入成对数曲线，在输入信号较弱时具有较大增益，输入信号较强时具有较小增益，可保证信号在大动态范围内不饱和失真。但对数放大器存在微弱信号回波下噪声较大而导致系统信噪比不足的问题，影响激光tof测距系统的测距精度与作用距离。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种跨阻放大器，用以解决现有的对数放大器存在微弱信号回波下噪声较大而导致系统信噪比不足的问题。
5.为此，本发明提供了一种跨阻放大器，包括：放大器以及与放大器相连接的压控电阻；增益控制电路，与压控电阻相连接，用于控制压控电阻两端的电压随着时间延长逐渐减小，放大器的放大增益随着时间延长逐渐增加。
6.进一步地，增益控制电路包括：开关管m7、电阻r7和电容c7，电阻r7和电容c7均与开关管m7的漏极相连接；电容c7的放电电平为压控电阻的控制电平。
7.进一步地，压控电阻设置于放大器的差分输入端之间。
8.进一步地，压控电阻跨接于放大器的输入端和输出端。
9.进一步地，放大器为共源共栅放大器，放大器包括第一cmos管m1、第二cmos管m2、第三cmos管m3、第四cmos管m4、第五cmos管m5和第六cmos管m6；第一cmos管m1的源极和第二cmos管m2的源极分别与第一电阻r1和第二电阻r2后接地，且第三cmos管m3的源极和第四cmos管m4的源极也接地；第三cmos管m3的漏极与第五cmos管m5的源极相连接，第四cmos管m4的漏极与第六cmos管m6的源极相连接；第一cmos管m1的漏极、第二cmos管m2的漏极、第五cmos管m5的漏极和第六cmos管m6的漏极分别串联第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第六点租r6后连接至电源；
10.压控电阻的一端与第一cmos管m1的源极以及第三cmos管m3的栅极相连接，另一端
与第二cmos管m2的源极以及第四cmos管m4的栅极相连接；
11.第一cmos管m1的源极和第二cmos管m2的源极为放大器的输入端，第一cmos管m1的漏极和第二cmos管m2的漏极为放大器的输出端。
12.进一步地，增益控制电路包括相互连接的数据逻辑电路和模拟信号发生器，模拟信号发生器输出压控电阻的控制电平。
13.本发明提供的技术方案，具有如下优点：
14.1、本发明提供的跨阻放大器，通过设置与放大器连接的压控电阻，并设置一增益控制电路对压控电阻的电压(也即电阻)进行控制，使控制压控电阻两端的电压随着时间延长逐渐减小，从而使放大器的放大增益随着时间延长逐渐增加，从而使该跨阻放大器应用于激光tof测距系统中时，能够产生对近距离目标(回波时间短)的强回波光电流信号探测中具有低增益、大量程特性，而对远距离目标(回波时间长)的弱回波光电流信号探测中具有高增益、小量程特性，能够解决现有的对数放大器存在微弱信号回波下噪声较大而导致系统信噪比不足的问题，满足激光雷达接收机中大动态范围低噪声的指标要求。
15.2、本发明提供的跨阻放大器，通过在现有的由第一cmos管m1、第一电阻r1和第三电阻r3，以及第二cmos管m2、第二电阻r2和第四电阻r4构成的共栅级结构跨阻放大器的基础上，引入由第三cmos管m3、第五cmos管m5和第五电阻r5，以及第四cmos管m4、第六cmos管m6和第六电阻r6，构成的共源共栅放大器，构成伪差分调整型共源共栅跨阻放大器结构，其可以将共栅结构的跨阻放大器的输入阻抗降低为原来的1/g
m，m3
r5，提高该跨阻放大器的性能。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的一种跨阻放大器的一种电路结构示意图；
18.图2为本发明实施例提供的一种跨阻放大器的另一种电路结构示意图；
19.图3为本发明实施例提供的一种跨阻放大器的另一种电路结构示意图；
20.图4为本发明实施例提供的一种增益控制电路的电路结构示意图；
21.图5为图4中的增益控制电路的控制电平vt与输入电平gt和时间关系示意图；
22.图6为图4中的增益控制电路的对应的跨阻放大器的放大增益与控制电平vt和时间的关系示意图；
23.图7为本发明实施例提供的另一种增益控制电路的电路结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
27.本实施例提供了一种跨阻放大器，如图1所示，该跨阻放大器包括：放大器、压控电阻和增益控制电路。
28.本实施例中，如图1所示，跨阻放大器激光tof测距系统中时，跨阻放大器的输入端连接光电二极管，用于对光拿点二极管中的光电流进行放大增益，且如图1所示，跨阻放大器的输出端还可以连接一输出缓冲器。
29.本实施例中，压控电阻与放大器相连接，增益控制电路与压控电阻相连接，用于控制压控电阻两端的电压随着时间延长逐渐减小，放大器的放大增益随着时间延长逐渐增加。
30.本实施例中，压控电阻与放大器相连接，具体地，本实施例中的放大器可以为图1中所示的差分电流缓冲型跨阻放大器，此时，压控电阻(图1中的电阻r)设置于放大器的差分输入端之间。且此时，该跨阻放大器具有较低输入阻抗在大输入负载电容条件下获得较高电路带宽，经缓冲后输出端具有高阻抗可在电阻上取得电压信号实现跨阻放大功能，输出缓冲器对放大后的电压信号进行驱动输出，使电路具有带负载能力。具体地，增益控制电路通过控制电平vt调节压控电阻的阻值，从而控制对输入端的分流，进而实现增益可控。
31.具体地，本实施例中的放大器还可以为图2中所示的电阻反馈放大器型跨阻放大器，此时，压控电阻(图2中的电阻r1)跨接于放大器的输入端和输出端构成电压并联反馈，可将输入的差分光电流信号进行放大并转化为电压信号，其跨阻增益即该压控电阻的阻值，跨阻放大器的输出信号通过输出缓冲器进进行驱动输出，获得足够的负载能力。具体地，跨阻放大器的增益控制采用压控电阻作为反馈电阻的方式实现，增益控制电路通过控制电平vt调节压控电阻的阻值，从而控制放大器的反馈电阻，进而实现增益可控。
32.具体地，本实施例中的放大器还可以为图3中所示的伪差分调节型共源共栅电流缓冲电路结构的跨阻放大器，该放大器具体包括第一cmos管m1、第二cmos管m2、第三cmos管m3、第四cmos管m4、第五cmos管m5和第六cmos管m6。
33.其中，第一cmos管m1的源极和第二cmos管m2的源极分别与第一电阻r1和第二电阻r2后接地，且第三cmos管m3的源极和第四cmos管m4的源极也接地；第三cmos管m3的漏极与第五cmos管m5的源极相连接，第四cmos管m4的漏极与第六cmos管m6的源极相连接；第一cmos管m1的漏极、第二cmos管m2的漏极、第五cmos管m5的漏极和第六cmos管m6的漏极分别串联第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第六点租r6后连接至电源。
34.此时，压控电阻(图3中的r7)的一端与第一cmos管m1的源极以及第三cmos管m3的栅极相连接，另一端与第二cmos管m2的源极以及第四cmos管m4的栅极相连接，且第一cmos管m1的源极和第二cmos管m2的源极为放大器的输入端，第一cmos管m1的漏极和第二cmos管m2的漏极为放大器的输出端。此时，m1与m2为电流缓冲mos管，r1与r2为m1与m2提供所需要
的偏置电流，输出电流在电阻r3与r4上取电压von、vop输出。r7作为压控电阻受到增益控制电平vt的控制，当vt电压变化时，控制r7的阻抗变化，由此控制输入分流，实现跨阻放大器的增益可控。当vt电压由高至低变化时，r7的电阻值由低变高。r7对输入的分流减少，从而控制整体的增益由低变高。根据不同的应用场景，该结构可以选择采用差分形式，也可以采用单端形式，只需要添加一个控制开关即可。
35.在本实施例中，通过在现有的由第一cmos管m1、第一电阻r1和第三电阻r3，以及第二cmos管m2、第二电阻r2和第四电阻r4构成的共栅级结构跨阻放大器的基础上，引入由第三cmos管m3、第五cmos管m5和第五电阻r5，以及第四cmos管m4、第六cmos管m6和第六电阻r6，构成的共源共栅放大器，构成伪差分调整型共源共栅跨阻放大器结构，其可以将共栅结构的跨阻放大器的输入阻抗降低为原来的1/g
m，m3
r5，能够提高该跨阻放大器的性能。
36.此外，本实施例中的放大器还可以为其他类型，如共栅电流缓冲结构、调节型共源共栅电流缓冲结构、亦或者是电压并联反馈结构等，且根据应用场景，跨阻放大器的端口可以采用差分形式、单端形式，或者其他实施方式。
37.本实施例中，增益控制电路也可以采用多种类型，如，其可以为rc放电控制电路，也可以为模拟信号发生器控制电路。
38.本实施例中的跨阻放大器，通过设置与放大器连接的压控电阻，并设置一增益控制电路对压控电阻的电压(也即电阻)进行控制，使控制压控电阻两端的电压随着时间延长逐渐减小，从而使放大器的放大增益随着时间延长逐渐增加，从而使该跨阻放大器应用于激光tof测距系统中时，能够产生对近距离目标(回波时间短)的强回波光电流信号探测中具有低增益、大量程特性，而对远距离目标(回波时间长)的弱回波光电流信号探测中具有高增益、小量程特性，能够解决现有的对数放大器存在微弱信号回波下噪声较大而导致系统信噪比不足的问题，满足激光雷达接收机中大动态范围低噪声的指标要求。
39.作为一种可选的实施方式，本实施例中提供了一种增益控制电路的实施方式，如图4所示，该增益控制电路包括：开关管m7、电阻r7和电容c7，电阻r7和电容c7均与开关管m7的漏极相连接；电容c7的放电电平为压控电阻的控制电平。
40.本实施例中，如图5所示，电容c7的充放电过程导致增益控制电平vt可随时间变化，当开关管m7的栅极电源gt为高时，vt也为高电平；当gt电平由高变低时，rc电路进行放电，vt电平随放电时间逐渐降低；当gt电平由低变高时，由于电容c7得到充电，vt电平随着充电时间逐渐抬高。其结果是模拟前端电路中的压控电阻跟随电容c的充放电时间进行变化，这就实现了跨阻放大器的增益随时间变化。相应的，如图6所示，当vt为高电平时，输出信号摆幅小，当vt随时间逐渐下降时，差分输出信号摆幅逐渐变大，实现面对近距离测量时回波时间短，回波信号强，选择低增益模式；远距离测量时回波时间长，回波信号弱时，选择高增益模式，最终达到增益随时间可控的效果。
41.作为一种可选的实施方式，本实施例中还提供了另一种增益控制电路的实施方式，如图7所示，该增益控制电路包括互连接的数据逻辑电路和模拟信号发生器，模拟信号发生器输出压控电阻的控制电平。
42.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。