脉冲激光引信光电转换系统的设计

为了应对脉冲激光引信回波信号弱、脉宽窄的特性,获得目标尽量多的不失真信息,对光电探测器的特性和放大电路的带宽进行了分析,设计了一套实用的光电转换系统,包括PIN探测电路、前置放大电路和主放大电路。经过TINA和MULTISIM软件模拟仿真和实验验证,设计的光电转换系统的带宽为61.089MHz,增益为72.14dB。结果表明,该系统对于脉宽为十几纳秒的回波脉冲信号进行了很好的低噪声、不失真放大,满足了设计要求,回波信号经光电转换系统后输出的信号与应用需要相匹配,为激光引信的后续信号处理提供了稳定可靠的信号。     

一种基于gm-ID方法的神经信号放大电路

为探测幅值极小、分布频域很低的神经信号,基于gm-ID方法设计了一种低电压、低功耗跨导运算放大器。该运算放大器采用了带增益自举模块的AB类低电压伪差分放大结构。在此基础上,设计了电容反馈神经信号放大电路。仿真结果表明,神经信号放大电路在低电源电压、低功耗下具有较高的共模抑制比和电源抑制比。电路的各关键指标达到良好均衡,满足探测神经信号的需求。     

激光探测信号处理电路研究

在激光的各方面应用中,从Si-PIN光电探测器的特性入手,针对探测激光回波信号所输出的微弱电信号,设计了一种实用的弱信号处理电路。包括低噪声宽带放大电路,信号二值化处理电路以及脉宽调整电路。使其输出信号与应用需要相匹配,为后级系统提供了稳定可靠的前级信号。该设计的实用性、可靠性从试验角度得到了验证。     

基于正斜率增益放大的新型中频放大电路

在目前车流量雷达的中频电路设计中,基本上是采用同增益放大电路来放大中频信号,导致中频输出信号和中频输入信号的动态范围相同。由于受限于后端的信号处理能力,所以能够检测到的中频输入信号的动态范围较小,探测距离有限,使得车流量雷达通常只能同时检测4车道。针对该问题,提出采用正斜率增益放大电路来放大中频信号,可有效地减小中频电路输出信号的动态范围,便于后端的信号处理,能够检测的中频输入信号的动态范围也就比以前更大,从而有效提高了探测距离,使得车流量雷达能够同时检测8车道。实测结果证明了所提正斜率增益放大电路的有效性。     

基于AD8368的DDS信号源输出信号幅值控制电路设计

为了精确控制直接数字合成(DDS)信号源输出信号幅度值,利用亚德诺(ADI)公司的高性能芯片AD8368设计了增益自动调整电路和可变增益放大电路。实现将DDS芯片产生的不同幅值正弦信号通过增益自动调整电路后,变化为同一幅度值正弦信号,再通过可变增益放大电路完成输出正弦信号幅度值0.2~2 V程控可调。该设计结构简单、集成度高,经测试性能良好。     

基于同步自适应匹配的模拟前端暗电流补偿方法研究

为抑制像素阵列在曝光阶段的暗电流对图像传感器动态范围和输出图像质量的影响,基于同步自适应的暗电流跟踪机制,提出一种电路与系统级暗电流积分补偿方法。通过采样输出有效光电信号,在无源处理阶段同步进行暗电流消除。该方法不仅可以补偿不同区域暗电流对有效光电信号的影响,而且可解决传统暗电流消除方法对读出电路动态范围会造成衰减的问题。基于该方法,在55 nm CMOS工艺下设计了一种752×512阵列规模的CMOS图像传感器,实现了完整的电路设计、版图设计与后端物理验证。结果显示,采用集成暗电流补偿技术的采样放大电路对暗电流最小补偿精度可以达到12 bit,补偿范围最大可以达到500 mV,单列功耗仅有15.84 μW,同时可实现1~4倍的增益,最小增益步进6.25%。实现了从模拟前端根除暗电流对CMOS图像传感器图像质量和动态范围的影响,为高端、高性能的CMOS图像传感器设计提供了一定的理论支撑。     

基于超声回波声压特性的外感式液位测量系统的设计

针对传统液位测量系统在复杂环境下对密闭容器内液位进行测量时测量精度低、可靠性差等问题。设计了一种外感式液位测量系统。该系统通过比较容器内液体液面上下方超声回波声压的不同,实现液位的测量。硬件电路采用增益可控的仪表放大器AD603辅以高速运算放大器AD818组成超声波驱动电路,实现了不同幅值的激励信号的输出;利用峰值检波电路对回波信号进行检波处理。通过实验验证,该系统能有效的测量密闭容器内的液位,测量误差小于3mm。     

用于光强检测的前置放大及量程自动转换电路

设计出了一种用于光强检测的前置放大及量程自动转换电路。许多光强信号放大电路仅追求高增益,忽略了对测量范围的考虑。本文采用同轴尾纤型光电探测器把光强信号转换成光电流信号,精密截波稳定型运算放大器ICL7652把光电流信号转化为电压信号,量程转换电路74HC4052受单片机控制可在4个量程之间自动转换,通过调节暗电流补偿电路减小光电二极管暗电流所产生的影响。仿真测试结果表明,电路参数选择合理、电路模块性能稳定,并且很好地降低了噪声的影响,设计的电路具有低噪声、高增益、高共模抑制比、失调小等优点,探测光强动态范围可达76 d B。     

面向非合作目标的大动态范围激光测距系统

在对空间的非合作目标进行脉冲激光测距时,由于目标的距离跨度范围很大,回波信号的动态范围很大,采用单一的光学或电路调整方法都不能实现全范围的接收。针对不同的距离段,在发射端采用偏振合束器使脉冲光纤激光器和脉冲全固态激光器的光束同轴输出,并对激光的发射功率进行分档,在接收端对雪崩光电二极管的放大倍数进行分档,并引入窄脉冲峰值检测器和可变增益放大器,在自动闭环控制下使接收电路的输出稳定,实现了等效输入动态范围为160 d B、测量范围为15 m~20 km的激光测距系统。     

一种用于传感器模拟前端的可编程增益放大器

基于华虹0.18μm CMOS工艺设计了一款用于传感器模拟前端的可编程增益放大器(PGA),其整体采用全差分结构来抑制传感器输出的共模噪声、直流分量以及供电电源的输出噪声。该电路由仪表放大结构轨对轨输入级、轨对轨自动调零全差分运算放大器、数字控制电路以及直流分量消除电路这四个部分构成,同时采用连续时间自动调零校准技术来降低其输入失调电压。PGA的放大倍数为5 bit调节,共12个档位,分别为1,2,4,8,…,1024,2048倍。在3.3 V电源电压下,PGA输入输出摆幅为0.2～3.1 V。在输入500 mV的直流分量条件下,在-40～125℃的温度范围内,可将直流分量抑制到47.6μV。通过Virtuoso软件进行电路设计、版图绘制以及仿真验证,后仿真结果表明,在进行100次蒙特卡罗仿真下,电源抑制比和共模抑制比在1 kHz处的平均值分别约为110.3 dB和116.1 dB,输入失调电压的1σ值约为21.3μV。     

一种微弱电荷检测放大电路设计

针对传统电荷放大器对电缆噪声敏感,无法精确测量微弱电荷的问题,设计了一种三运放差动放大电路。通过构建传统电荷放大电路的噪声模型,分析了本底噪声对测量结果的影响,针对其共模特性,设计了三运放差动放大电路,放大微弱电荷同时能有效抑制电缆中的本底噪声,提高电路的共模抑制比。经Multisim仿真和硬件电路实验证明,该电路能实现±1.5 pC微弱电荷的检测放大,在电缆叠加32.8 mV干扰噪声的情况下,输出信号幅值与理论值误差仅为1.3%,进而验证了该电路的可行性与可靠性。     

基于ZnO-GaN异质结的紫外光电探测电路设计与实现

利用溶剂热法制备了基于ZnO纳米棒的n-ZnO/MgO/p-GaN异质结型紫外光电探测器,研究了其在不同偏压和不同光强度下的光电响应特性,针对其输出的微弱直流信号,设计了后端放大电路。结果表明,该系统能对紫外光信号进行精确探测。     

一种高增益、大带宽跨阻放大器的设计

作为激光近炸引信中探测与目标识别核心元件的光电探测器,其性能取决于光电二极管和相应的放大电路。针对引信、制导应用对光电探测器的要求,提出一种新型高增益、大带宽跨阻放大器设计。该跨阻放大器由两级放大电路构成,第一级由两个对称的RGC（Regulated Cascode）结构组成,消除光电二极管漏电流对直流工作点影响,隔离光电二极管寄生电容提升工作带宽;第二级放大电路由三个级联的电流复用反相放大器构成,是跨阻放大器的主要增益级;最后以射级跟随器输出,为后续系统提供足够的电压摆幅。 该电路基于SMIC 0.35μm 标准CMOS工艺设计,仿真结果表明：跨阻增益为110.2dBΩ,带宽为46.7MHz,40MHz处的等效输入噪声电流谱密度低至1.09pA/ ,带宽内等效输出噪声电压为5.37mV。测试结果表明,跨阻放大器增益约为109.3 dBΩ,输出电压信号上升时间约为7.8ns,等效输出噪声电压大小为6.03mV,功耗约为10mW,对应芯片面积为1560×810μm2。 关键字：跨阻放大器、高增益、大带宽、RGC、反相放大器     

一种光电探测器接口电路的响应特性分析

针对窄脉冲激光时域/频域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括探测器光敏面面元尺寸分析,以及取样电阻、反馈电容对信号带宽和信号完整性的影响等。为了提高探测系统的信噪比、稳定性等要素,对两种典型的光电接口电路进行了理论分析和软件仿真,得到不同的探测器结电容、取样电阻、反馈电容等参数对窄脉冲激光探测电路光电接口带宽、输出信号幅值、脉宽等响应特性的影响。根据不同种类的探测器及脉冲激光探测信号的频率特性,选取不同的偏置与放大电路,可以使前置光电接口电路的性能达到最佳。     

大气湍流对象限探测器光斑检测的影响

大气湍流运动频率一般在几赫兹到几百赫兹之间变化,激光在大气中传输时将受到此种运动的调制,调制的结果将对接收到的光斑能量分布形式与光斑形状产生影响,光斑能量与形状的变化将对象限探测器(QD)的输出产生影响.设计了一种湍流环境下的光斑检测后续处理电路,该电路使用两级增益系统,初级增益主要抑制噪声,二级增益使用可变增益放大,实现对象限探测器输出信号的有效放大与处理.搭建实验系统来完成湍流环境下的器件性能测试,当测试距离为830 m时,完成不同信噪比、光宽大小、调制信号对探测器影响的测试;当测试距离为12.5 km时,象限探测器没有细分能力,噪声占据整个光敏面,失去光斑检测的能力,使用数字滤波可以提高其细分能力.     

一种共基差分低噪声放大器设计

在无线通信终端中,低噪声放大器是射频接收系统中的第一级有源电路,对系统性能有重要影响.在深入分析噪声的基础上,提出一种采用共基差分输入结构的低噪声放大器,电路包括可控增益放大器和增益控制电路.该结构的低噪声放大器的输出电压直接反映到自动增益控制电路的输入端,根据输出电压幅值的大小,自动增益控制电路的输出电压反馈到低噪声放大器的增益控制电路比较器的输入端,进而影响放大器的总体增益.基于JAZZ 0.35 μmBICMOS工艺设计放大器电路结构,并对电路进行了仿真和分析,结果表明设计的放大器可以更加有效地抑制噪声,低噪声放大器能提供25 dB的增益,噪声系数小于1 dB,灵敏度达到2μV.     

水下激光回波信号采集系统的设计与实现

针对水下激光探测遇到的特殊问题,设计了一种水下脉冲激光回波信号采集系统。信号前端放大电路采用AD603可变增益放大器,用于抑制水体后向散射并放大激光回波信号;数据采集及缓冲电路采用ADC08200配合FPGA实现,简化了电路设计结构,并使系统具备可扩展性;数据传输及系统控制基于C8051F单片机实现。整个系统工作稳定,已用于实际系统中。     

宽带直流放大器

针对小信号的幅度小、干扰大,线性放大难和提取难度大等问题,设计一种宽带直流放大器.是以单片机AT89C55WD和FPGA为控制核心,由可变增益放大嚣AD603为核心的放大电路、前级信号调理电路、后级功率放大电路和滤波电路组成.该放大器具有高增益且增益连续可调、输出波形无明显失真、有效抑制零点漂移和噪声、可输出大功率等特性,且在0～10 MHz的频带内信号可放大0～75 dB,带宽设置为5 MHz或10 MHz两种,输出信号峰峰值高达20 V.     

用EDFA提高激光雷达的信噪比

提出了掺铒光纤放大器(EDFA)应用于激光雷达接收系统光学前置放大器以提高雷达探测性能和作用距离的方法.回波信号功率是影响雷达探测分辨率的因素,它随着探测距离的增大而减小.讨论了光电检测前放大回波信号的技术,结合激光雷达回波信号的特点对EFDA主要应用特性(增益特性、噪声特性)进行理论分析.建立了雷达信号传输模型,讨论了大气消光与大气湍流对回波信号的影响.将PIN-FET用作光电探测,给出了没有采用光放大和采用EDFA光学前置放大情况下的信噪比.数值模拟结果显示,将EDFA用作激光雷达接收机极大地提高了雷达系统的信噪比,探测距离越远探测性能的改善越明显.     

一种具有AGC功能的电荷放大电路的设计

正在水下爆炸信号采集系统中,所采用的AD芯片只有输入在2VP-P时,才能输出最大的有效位数与较高的信噪比。本文设计的前端调理电路借鉴数字通信接收系统及音视频传输系统中的自动增益控制功能,把它应用在本次电荷调理放大电路中。当输入信号电平幅度在很大范围内变化,使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化。实验所用的传感器与炸点的距离不同,所以输出的信号幅值也会有所不同,而对测试电路进行满量程