激光窄脉冲信号探测电路的设计与接收

在激光反射层析成像雷达系统中,激光脉宽越窄,系统的成像分辨率越高。而高带宽、无失真的探测接收电路设计起来较为困难。详细分析了雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)模型及其主要性能参数,并选择了合适的探测器。然后对前置放大电路、主放大电路和可控增益放大电路进行了较为详细的分析,并设计了合适的电路结构。GHz级微弱光电信号在被接收时很容易受到外部噪声的干扰,这会导致接收波形产生畸变。采用电磁辐射屏蔽方法消除了干扰,最终无失真地探测和接收到了1 ns窄脉冲激光信号,满足了激光反射层析成像雷达系统的0.15 m成像精度要求。     

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。     

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。     

窄脉冲激光探测电路分析与设计

光电检测电路的设计对激光探测系统的性能有重要的影响。针对窄脉冲激光的时域特性,对窄脉冲激光电路设计进行了详细的分析,包括光电二极管的偏置电压对检测电路的影响、光电流转换方式对信号带宽影响等。为提高探测系统信噪比,对放大电路、补偿电路的带宽设计提出优化方法,给出窄脉冲激光探测器的前级放大电路参数设计的依据,并对探测电路优化及设计方法进行了详细论述,为光电检测电路的设计提供了有效的设计方法。     

数字激光告警系统探测接收前端设计

探测接收前端是激光告警系统的关键部件,针对数字激光告警系统设计激光脉冲探测接收前端.采用宽带、高增益、低噪声的跨导放大方式实现了对最小来袭激光脉冲产生的10 nA,10 ms的微弱窄脉冲电流的放大,采用放大器饱和方式实现信号的整形,把来袭激光脉冲转换、放大成数字系统能处理的数字脉冲,脉冲宽度代表作用能量大小.前端最小可检测来袭激光信号能量达1μW,动态范围达100 dB.该宽带低噪声跨导放大电路很好地处理了电容对窄脉冲的影响,具有带宽宽(500 MHz),成本低的特点,为放大微弱的ns级及以下的窄脉冲电流信号提供一个很好的宽带方案.该设计结构简单、成本低廉、易于维护,不仅可用于激光来袭探测,还可用于激光安防系统等.     

核磁共振测井仪前置放大电路设计

核磁共振回波信号微弱,设计一种低噪声前置放大电路是回波信号提取的关键。给出天线的等效模型,提出天线与前置放大电路接口设计原则,依据采集电路对输入信号信噪比的要求设计并实现一种低噪声前置放大电路。温度、增益、带宽、噪声性能实验结果表明电路各项指标与设计计算相符并达到仪器要求。     

基于PSD窄脉冲激光信号检测放大电路噪声分析及参数匹配研究

针对基于位置敏感探测器的窄脉冲激光信号检测放大电路,根据其电路组成建立相应等效噪声模型。通过分析信号增益、噪声增益与电路各元器件参数以及频率之间的关系,得到该检测放大电路输入窄脉冲信号与输入噪声的动态响应输出。在此基础上求得使系统不发生震荡的运算放大器单位增益带宽计算公式,并通过研究系统信噪比与频率的关系给出使电路信噪比最大时的最优带宽求解方法。最终,通过具体算例给出电路参数一般性设计方法,并通过仿真得到,小结电容PSD有助于提高电路信噪比。     

脉冲激光探测电路设计

脉冲激光探测电路的设计是激光应用领域的重要内容,根据脉冲激光信号的特点,从探测能力、响应时间、稳定性三方面对脉冲激光探测电路的设计进行研究,重点论述了光电探测系统组成的三个重要组成部分：光电探测器、光电转换电路和探测器偏置电路。深入分析了光电探测器的选型、利用电阻进行光电转换电路的特性以及利用跨导放大器进行光电转换电路的特性,对于激光探测系统的设计有一定参考价值。     

微弱光电信号检测电路设计

光电检测电路的性能对基于激光诊断技术的脉冲爆震发动机多参数测量系统有重要的影响。针对测量系统中光信号的特点,从改善信噪比、提高带宽及稳定性入手,设计了一种宽带低噪声光电信号放大电路,具有电压增益高、上升沿短及噪声低的特点。该电路主要适用于探测快速变化的微弱光,并在某型发动机多参数测量系统中得到了成功应用。     

微弱光信号探测APD处理电路设计

雪崩光电二极管(APD)具备微弱光信号探测性能,其相关处理电路的设计直接关乎APD探测能力的大小。分析了APD光电探测器工作原理、自身特性及外界影响因素,研究了APD工作电路的组成与最佳工作电路的设计问题。后期信号处理阶段,设计了APD信号放大处理电路,满足了低噪声、带宽匹配,微弱信号放大的要求。在APD微弱光信号探测领域具有一定的意义。     

猫眼逆向调制激光通信接收放大电路的设计

猫眼逆向调制激光通信由于通信速率高,回波信号微弱,对接收放大电路提出了低噪声、高增益和宽带宽的严格要求。首先分析了猫眼逆向调制激光通信链路模型和信噪比对误码率的影响。然后,根据系统设计指标分析了电路的带宽、增益和噪声限度等性能参数;在此基础上设计了由跨阻放大模块和增益可变主放大模块构成的接收放大电路。最后,计算了电路的总噪声,并对电路的响应特性进行了仿真。该接收放大电路的带宽达到140 MHz,信号增益大于70 dB,总噪声电流约为1.34×10~(-7)A。结果表明,该设计能满足系统后续的数据处理要求。     

CMOS单片光接收机的带宽设计

设计了一个由调节型级联跨阻抗放大器(TIA)和双光电二极管(DPD)构成的光电集成接收机.给出了DPD小信号电路模型和单片集成光接收机的带宽设计方法,给出限制DPD和光接收机带宽的重要因素,分析和模拟了这个光电集成接收机的带宽,用低成本的0.6μm CMOS工艺设计出1.71GHz带宽和49dB跨阻增益的接收机,并给出测试结果.     

高灵敏度低噪声太赫兹电光探测器研究

本文选用相同光电响应灵敏度的高性能PIN光电二极管,将探测激光信号转换为电流信号,再通过低噪声电流-电压转换将电流信号转换为电压信号,通过采用具有很强共模信号抑制能力的差分放大器,不仅极大地抑制了太赫兹信号本身携带的噪声,也避免了探测激光强度扰动引起的测量误差.差分最后经过带通滤波器控制工作带宽和进行降噪处理,经由主放大器实现太赫兹信号输出.实验表明,该探测器具有高灵敏度、高信噪比、宽工作带宽等显著特点,完全满足了太赫兹时域光谱系统研究的需要.     

高重频激光地面足印探测器峰检电路的设计

设计了一款两级峰值检测电路,实现对上升沿为3 ns、脉宽为5 ns、下降沿为3 ns、重频为10 kHz的脉冲信号的峰值检测与保持,利用STM32单片机的模数转换器完成电压信号采集。给出以APD为光电探测器件的地面探测器系统的基本结构框图,利用探测器系统中的放大电路模块使接收激光脉冲宽度从1 ns展宽至5 ns,搭配峰值检测电路模块实现窄脉宽、高重频激光信号的检测与数据记录。利用信号源完成峰值检测电路部分的功能测试,使用重频为1 kHz、脉宽约为1 ns的激光器完成探测器系统整体的功能测试,实验证明此系统可以较好地检测并记录该激光信号的峰值。     

微电流信号的高带宽调理技术及应用

为实现对电流型快响应探测器微弱信号的高速探测和处理,给出了一种微电流信号的高带宽调理方法.分析了几种PIN光电探测器输出信号的频带和幅度特征;以脉宽50ns、电流范围20nA~0.1mA的微电流信号为设计目标,给出了微电流信号的调理方法和设计分析,设计并实现了针对该目标信号的高带宽调理电路;进行了性能对比测试实验,通过与光电倍增管PMT9215B进行输出响应对比,结果表明该调理电路对脉宽40ns的脉冲信号响应良好,响应波形的上升沿和半高宽约10ns,调理电路的信号带宽约35MHz,信号调理的带宽和幅度达到了量化采样要求,验证了该方法的正确性和可行性;应用该调理电路进行了4×32 PIN二维阵列光电探测系统的设计实现,系统动态范围约56dB,时间响应特性良好.     

激光扫描仪接收系统的峰值保持电路设计

针对激光扫描仪接收系统对信号窄脉宽、高重频、大带宽的设计要求,提出2种保持时间可调的峰值保持电路的设计方法。一种利用跨导型放大电路实现峰值保持,单稳态触发器实现保持时间控制;一种利用FastFET运算放大器和与门延时实现保持时间可控的峰值保持电路。通过软件仿真对2种设计方法进行对比分析,选择更适合激光扫描仪接收系统的跨导型峰值保持电路。经实验验证,该电路可对15 ns脉宽、200 kHz重频和50 MHz带宽的信号有效保持,且保持时间可调。     

低噪声单微粒散射光检测电路

针对单微粒散射光信号弱、脉宽窄的特性,设计了一种低噪声宽动态范围光电检测电路.首先对单微粒散射光脉冲检测原理进行了分析;然后根据散射光脉冲信号特征对检测电路进行了设计;最后搭建了实验系统并对检测方法性能指标进行了评估.实验结果表明:设计的电路带宽为1.5 kHz～1.2 MHz,总输出噪声的均方根值为3.51 mV,计算结果与实验结果基本一致,误差为3.33％.该光电检测电路能够有效地对微弱的散射光信号实现低噪声放大,为后续处理提供了稳定的信号.     

脉冲激光测距接收电路的设计

从脉冲激光测距的特点出发,结合APD工作条件,以及回波信号特征,设计了一种脉冲激光测距接收电路。该电路采用两级放大电路,其中前置放大电路具有自动增益控制功能,有效地解决了因测量距离的远近不同而导致回波信号幅度变化大的问题,为后续电路的信号处理提供了条件。     

用PIN探测器进行激光雷达参考光检测

可靠准确的参考光检测是提高直接测距型激光主动成像系统测距精度的关键因素之一,对基于PIN探测器的参考光检测电路设计进行了深入研究。首先,对比分析了雪崩光电二极管（APD）和PIN光电二极管性能及其供电电路的难度。综合考虑参考光功率稳定特性及参考光光路设计难度,选择PIN探测器进行激光雷达参考光检测。详细分析了高压集成芯片LT3482作为常规电源和利用电流监测模式驱动PIN探测器时的差别。选择高增益带宽积跨阻放大器OPA657N实现PIN探测器电流电压转换,对其关键外围元件参数的选取进行了详细分析。同时介绍了超高速比较器MAX9601的应用注意事项。最后,设计了电路板并进行实验验证。结果表明:对脉冲为10 ns的激光光源,当PIN探测器施加89.449 V的偏置电压时,其输出电流信号经跨阻放大器后电压幅值达到-3.7 V,可保证起始信号可靠检出,但脉冲展宽为15 ns。整个模块可有效给出参考光对应的计时起始信号。基于集成高压芯片驱动的PIN探测器配合恒定阈值时刻鉴别方法在直接测距型激光主动成像系统参考光检测中是切实可行的。