[发明专利]具有自适应控制增益大动态范围的跨阻放大器及接收器

说明书

技术领域

本发明属于光通信技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：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。