[发明专利]具有可调整输入范围的跨阻抗放大器

说明书

本公开涉及具有可调整输入范围的跨阻抗放大器。公开了一种具有可调整输入线性范围的多级跨阻抗放大器(TIA)。TIA包括：第一级，被配置成将来自接收器信号链的光学传感器的单端电流信号转换成单端电压信号；以及第二级，被配置成将由第一级提供的单端电压信号转换成差分信号。在这样的TIA中，可以使用箝位来调整输入线性范围，可以用输出偏移电流来对该箝位进行编程，以防止TIA的第二级过载并且在没有压缩的情况下保持线性传递函数。

相关申请的交叉引用

本申请涉及在2019年9月25日提交的名称为“具有可调整输入范围的跨阻抗放大器(TRANSIMPEDANCE AMPLIFIER WITH ADJUSTABLE INPUT RANGE)”的美国专利申请第62/905,772号，其公开内容特此通过引用全文并入本文。

技术领域

本公开总体涉及电子器件，并且更具体地，涉及跨阻抗放大器。

背景技术

光探测和测距(LIDAR)是指一种测量方法，该方法通过用光(例如，用光的脉冲(例如，激光的脉冲))照射物体并且用光学传感器(诸如雪崩光电二极管(APD))测量反射的光来测量到目标物体的距离。然后，可使用激光返回时间和波长的差来确定到物体的距离和/或制作物体的数字三维表示。LIDAR系统用于各种情况中。例如，LIDAR系统可与飞机、汽车、双筒望远镜或单筒望远镜等一起使用。

LIDAR系统的传统接收器链可以包括接收/探测光脉冲并将它们转换成电流的光学传感器、将来自光学传感器的电流信号转换成电压信号的跨阻抗放大器(TIA)、以及将来自TIA的电压信号转换成数字信号以供进一步处理的模拟至数位转换器(ADC)的序列。当提供到某些ADC的输入信号是差分信号时，它们操作得更好。然而，光学传感器通常仅在一个方向上产生电流，并且因此，光学传感器输出通常是单端的。因此，LIDAR系统可以包括一种电路，该电路被配置成将从TIA输出的单端电压转换成差分信号，然后可以将该差分信号作为输入提供到ADC。这样的电路可以是ADC驱动器的一部分，该ADC驱动器是被配置成对ADC执行信号调节的电子组件。这样的电路也可以被认为是TIA的第二级(即，第一级将来自光学传感器的电流信号转换成单端电压信号，而第二级将单端电压信号转换成差分信号)。

ADC驱动器可能是能够使ADC实现期望性能的关键因素。首先，ADC驱动器(通常在比ADC高的电源电压下进行操作)应确保驱动器的最大输出永远不会超过ADC的供应，以保护ADC免受永久性损坏。其次，ADC驱动器应调节其输出，以免使ADC过载。当来自ADC驱动器的输出超过ADC的满量程范围内的最小电压和最大电压时，ADC可能会过载。如果被提供到ADC的输入信号的共模电压未保持在ADC的输入共模电压周围的窄带中(例如，小于100毫伏(mV))，则高速ADC(例如，用作现代管线型转换器的那些)也可能过载。

除了ADC过载的危险之外，当通往ADC的信号路径中的TIA和单端至差分转换电路的输入超过某些限制时，这些电路也可能过载。接收器链的这些组件中的任何一个的过载条件都是非常不期望的，因为在接收器从过载恢复之前可能需要几微秒甚至几毫秒，在此期间，接收器可能不能处理输入信号，即，接收器被有效地暂时禁用。在诸如LIDAR系统之类的应用中，暂时禁用接收器可能是绝对重要的，因为这意味着LIDAR系统在接收器从过载恢复之前对其周围环境一无所知。

发明内容

根据本公开的一个方面，公开了一种系统，被配置成将单端电流输入转换成差分电压输出，所述系统包含：第一放大器电路，具有用于提供由所述第一放大器电路基于所述单端电流输入产生的第一放大器输出的输出；输出偏移电流产生电路，被配置成产生输出偏移电流；第二放大器电路，具有包括第一输入和第二输入的差分输入，并被配置成基于以下操作产生所述差分电压输出：在所述第一输入处接收基于所述第一放大器输出的信号，以及在所述第二输入处接收基于所述输出偏移电流的信号；以及箝位电路，耦合到所述第一放大器电路的所述输出，并且进一步耦合到控制信号，所述控制信号被配置成基于所述输出偏移电流设置所述第一放大器输出的最小电压值或最大电压值中的一个。