特別用于激光風(fēng)速計(jì)的模擬放大器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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（opticalretro-injection)的激光風(fēng)速計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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(chēng)為"多普勒效 應(yīng)"。
[0005] 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。
[0006] 激光風(fēng)速計(jì)已被公開(kāi)，例如文獻(xiàn)W0-2011/042678。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(chēng)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(chēng)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(chēng)為具有光學(xué)返回注入的激光風(fēng)速計(jì)。
[0007] 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 (transistorizedattackstage)，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。
[0008] 而且，具有運(yùn)算放大器的跨阻抗放大器是已知的，其中提供電壓的輸出端通過(guò) 電阻心和接收輸入電流iin的負(fù)向輸入端連接。因此，該配置的增益對(duì)應(yīng)于電阻Rf?？紤] 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】

[0009] 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(mǎn)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)。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 放大器優(yōu)選地具有并不干擾其優(yōu)良特性的供給。
[0013] 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(mǎn)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。
[0014] 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50kD的跨阻抗增益 Vwt/iin(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100D)，與9X1(T23A2/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50Q的輸出阻抗。
[0015] 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。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，該器件包括：
[0017] -第一級(jí)，其包括具有共基極或陣列（array)配置的晶體管，該晶體管通過(guò)其發(fā) 射極或源極處的電容接收調(diào)制輸入電流，并且第一級(jí)的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于集電極或漏極的信 號(hào)，
[0018] _第二級(jí)，其由下一個(gè)放大器構(gòu)成，所述放大器包括具有共集電極或漏極配置的晶 體管，該晶體管的基極或陣列接收第一級(jí)的輸出信號(hào)，集電極或漏極連接供給電壓，發(fā)射極 或源極通過(guò)一電阻接地并且提供第二級(jí)的輸出信號(hào)，
[0019] _第三級(jí)，其包括具有共發(fā)射極或共源極配置的晶體管，該配置與發(fā)射極或源極的 電阻解耦合，其中基極或陣列通過(guò)電容接收第二級(jí)的輸出信號(hào)以及輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于集電極 或漏極的信號(hào)，
[0020] -第四級(jí)，其是放大級(jí)，允許一方面實(shí)現(xiàn)放大，另一方面實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
[0021] 該多級(jí)結(jié)構(gòu)能獲得顯著增益，使用所提的晶體管能得到具有運(yùn)算放大器的放大器 件所不能獲得的性能。在激光風(fēng)速計(jì)領(lǐng)域，此處所提的新型結(jié)構(gòu)使所執(zhí)行的風(fēng)速測(cè)量的性 能顯著提升。
[0022] 可以使用包括基極，發(fā)射極和集電極的"傳統(tǒng)"晶體管或包括作為其一部分的陣列 (array)、源極、漏極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)施本發(fā)明。
[0023] 在根據(jù)本發(fā)明的模擬放大器件的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在第一級(jí)中，發(fā)射極（或源 極）也通過(guò)電阻接地，基極通過(guò)電容接地，保持基極電勢(shì)接近于接地極電勢(shì)，以及集電極通 過(guò)電阻連接供給電壓。
[0024] 本發(fā)明的一個(gè)有利的方式是，在第三級(jí)中，基極或陣列極化為接近接地極電壓的 電壓，發(fā)射極或源極通過(guò)RC電路接地，集電極或漏極通過(guò)電阻連接供給電壓。
[0025] 在一個(gè)實(shí)施例中，第四級(jí)能包括運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器在其非反相的輸入端 通過(guò)一電容接收第三級(jí)的輸出信號(hào)，其中運(yùn)算放大器的輸出端對(duì)應(yīng)于放大器件的輸出端。 在該實(shí)施例中，運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)電阻以及串聯(lián)電容接地，輸出端通過(guò)電阻連 接反相輸入端，運(yùn)算放大器的非反相輸入端極化為大致對(duì)應(yīng)于供給電壓一半的電壓值。
[0026] 可以提供一個(gè)變換例，第四級(jí)一方面包括具有晶體管的放大電路，另一方面包括 可能也具有晶體管的跟隨電路（followingcircuit)。放大電路例如可包括共發(fā)射極（或 源極）配置，而跟隨電路能具有第二級(jí)的配置類(lèi)型。此處使用的運(yùn)算放大器優(yōu)選地是一個(gè) 具有逆反應(yīng)電流放大器，該放大器的動(dòng)態(tài)性能好于具有電壓逆反應(yīng)的運(yùn)算放大器。
[0027] 也有可能想到第四級(jí)是晶體管和運(yùn)算放大器的組合配置。
[0028] 此處所提的第四級(jí)的不同結(jié)構(gòu)允許同時(shí)實(shí)現(xiàn)放大和阻抗匹配。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的模擬放大器件，第一級(jí)中使用的晶體管有利地是NPN型晶體管，因 為該晶體管的過(guò)渡頻率大于PNP型晶體管。
[0030] 第二級(jí)的晶體管優(yōu)選地具有和第一級(jí)晶體管相同的特性。因此，其增加的電荷容 量接近于基極集電極間的容量，這導(dǎo)致截止頻率以因子2而