[發(fā)明專利]特別用于激光風(fēng)速計(jì)的模擬放大器件

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380055269.3
• 申請(qǐng)日: 2013-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104937840A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 弗朗西斯·博尼;拉斐爾·泰塞雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 愛(ài)普西萊恩公司;圖盧茲國(guó)立綜合理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H03F3/08
• 分類號(hào): H03F3/08;H03F3/45;H03F3/50
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31216
• 代理人: 童錫君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬放大器件，其尤其適用于激光風(fēng)速計(jì)，例如具有光學(xué)返回注入(optical?retro-injection)的激光風(fēng)速計(jì)。

背景技術(shù)

因此，本發(fā)明屬于電子器件領(lǐng)域，更具體而言屬于放大器領(lǐng)域。傳統(tǒng)地，使用探測(cè)器測(cè)量物理量的大小。于是，探測(cè)器提供表示所測(cè)物理量級(jí)的電信號(hào)。有些探測(cè)器提供的信號(hào)可以直接使用。而對(duì)另一些探測(cè)器而言，所提供的信號(hào)必須經(jīng)放大后才能使用。

因此，對(duì)于要在同一時(shí)間顯示升高的增益、寬帶寬和低噪音的放大器而言存在問(wèn)題。這些放大器用于處理具有非常小的調(diào)制指數(shù)的信號(hào)。這意味著相對(duì)于信號(hào)的平均值，信號(hào)的變化非常小。因此，在任何情況下，該信號(hào)都淹沒(méi)在固有噪音中。

在激光風(fēng)速計(jì)領(lǐng)域就發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題。在該領(lǐng)域中，使用激光束和確定風(fēng)速的探測(cè)器通過(guò)分析被懸浮空中的微粒反射的光束來(lái)測(cè)量風(fēng)速。通過(guò)比較反射的發(fā)光信號(hào)的頻率和應(yīng)對(duì)的入射信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。兩信號(hào)頻率的差值是粒子速度的函數(shù)，且被稱為“多普勒效應(yīng)”。

在激光風(fēng)速計(jì)中，使用光電二極管作為測(cè)量探測(cè)器。光電二極管接收入射光和反射光，發(fā)射相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。相較對(duì)應(yīng)于入射光的信號(hào)而言，對(duì)應(yīng)于反射光的信號(hào)非常微弱。在該風(fēng)速計(jì)中，需要測(cè)量所提供信號(hào)中的對(duì)應(yīng)于反射光的部分。

激光風(fēng)速計(jì)已被公開(kāi)，例如文獻(xiàn)WO-2011/042678。該文獻(xiàn)中記載的器件包括用于發(fā)射激光束的裝置，該光束被稱為發(fā)射光，在預(yù)定焦距聚焦發(fā)射光的裝置，接收被空氣中存在的微粒反射的發(fā)射光的裝置，該光束被稱為反射光，以及傳輸介于發(fā)射光和反射光之間的干涉信號(hào)的裝置，通過(guò)處理該信號(hào)推導(dǎo)出微粒的速度。傳輸裝置包括激光二極管，接收裝置通過(guò)自混合與激光二極管相關(guān)。該風(fēng)速計(jì)也稱為具有光學(xué)返回注入的激光風(fēng)速計(jì)。

文獻(xiàn)DE-2643892公開(kāi)了一種放大電路，其一方面表現(xiàn)了具有共基極配置的三極管階段，并作為輸出階段，另一方面表現(xiàn)了具有共集電極配置的三極管攻擊階段(transistorized?attack?stage)，其中，攻擊階段和輸出階段通過(guò)匹配電路連接，該匹配電路的輸入阻抗遠(yuǎn)大于其輸出阻抗。該文獻(xiàn)中所提的電路具有顯著的輸入阻抗。如果該阻抗耦合到一個(gè)光電二極管的結(jié)電容，將會(huì)明顯限制系統(tǒng)的帶寬。

而且，具有運(yùn)算放大器的跨阻抗放大器是已知的，其中提供電壓V_out的輸出端通過(guò)電阻R_f和接收輸入電流i_in的負(fù)向輸入端連接。因此，該配置的增益對(duì)應(yīng)于電阻R_f。考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的運(yùn)算放大器，對(duì)于如上文所提的相較于平均信號(hào)值而言信號(hào)的變化量非常小的信號(hào)而言，并不能有效地使用該配置。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是得到較低的噪音等級(jí)(例如比包括運(yùn)算放大器的跨阻抗放大器的噪音等級(jí)低)，但保留滿意的增益，帶寬和輸入/輸出的阻抗，以及有利地穩(wěn)定的性能而沒(méi)有振蕩風(fēng)險(xiǎn)。

因此，本發(fā)明的目的是提供具有出色性能的放大器以及使用該放大器特別用于具有光學(xué)返回注入的激光風(fēng)速計(jì)的光電探測(cè)模塊中。然而，根據(jù)本發(fā)明的放大器也能用于其他的小信號(hào)疊加在大信號(hào)上的應(yīng)用中。

根據(jù)本發(fā)明的器件有利地具有寬帶寬。由噪聲譜密度定義的放大器件的噪音將被限制。而放大器提供的增益將很顯著。

放大器優(yōu)選地具有并不干擾其優(yōu)良特性的供給。

當(dāng)放大器應(yīng)用于激光風(fēng)速計(jì)的探測(cè)模塊時(shí)，該放大器具有的寬帶寬使之可能在較大速度范圍內(nèi)測(cè)量風(fēng)速。在此應(yīng)用中，放大器接收來(lái)自光電二極管的調(diào)制電流，該光電二極管是激光風(fēng)速計(jì)的探測(cè)器的一部分。于是，返回放大器輸入端的噪音將大于光電二極管的噪音。放大器的增益應(yīng)該滿足后端的輸出端噪音應(yīng)顯著大于用于風(fēng)速計(jì)探測(cè)模塊中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的噪音。

在具有光學(xué)回注的激光風(fēng)速計(jì)領(lǐng)域，通過(guò)放大電子技術(shù)應(yīng)該能提升風(fēng)速計(jì)性能。舉例來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明的初始部分，說(shuō)明書(shū)提到需同時(shí)具有一個(gè)大于50kΩ的跨阻抗增益V_out/i_in(即，電路輸出電壓與從輸入電流的關(guān)系)，一個(gè)在源極阻抗之前的低輸入阻抗(也即低于100Ω)，與9×10^-23A²/Hz等值的返回低輸入端的噪音，大于100MHz的帶寬以及一個(gè)具有50Ω的輸出阻抗。

為了得到允許該性能實(shí)現(xiàn)的放大電路，本發(fā)明提出了一個(gè)包括四級(jí)級(jí)聯(lián)的模擬放大器件，一個(gè)用于接收調(diào)制電流的輸入端，以及一電壓輸出端，器件還包括接地電壓和供給電壓。

根據(jù)本發(fā)明，該器件包括：