[发明专利]特别用于激光风速计的模拟放大器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟放大器件，其尤其适用于激光风速计，例如具有光学返回注入(optical retro-injection)的激光风速计。

背景技术

因此，本发明属于电子器件领域，更具体而言属于放大器领域。传统地，使用探测器测量物理量的大小。于是，探测器提供表示所测物理量级的电信号。有些探测器提供的信号可以直接使用。而对另一些探测器而言，所提供的信号必须经放大后才能使用。

因此，对于要在同一时间显示升高的增益、宽带宽和低噪音的放大器而言存在问题。这些放大器用于处理具有非常小的调制指数的信号。这意味着相对于信号的平均值，信号的变化非常小。因此，在任何情况下，该信号都淹没在固有噪音中。

在激光风速计领域就发现该问题。在该领域中，使用激光束和确定风速的探测器通过分析被悬浮空中的微粒反射的光束来测量风速。通过比较反射的发光信号的频率和应对的入射信号的频率进行测量。两信号频率的差值是粒子速度的函数，且被称为“多普勒效应”。

在激光风速计中，使用光电二极管作为测量探测器。光电二极管接收入射光和反射光，发射相对应的信号。相较对应于入射光的信号而言，对应于反射光的信号非常微弱。在该风速计中，需要测量所提供信号中的对应于反射光的部分。

激光风速计已被公开，例如文献WO-2011/042678。该文献中记载的器件包括用于发射激光束的装置，该光束被称为发射光，在预定焦距聚焦发射光的装置，接收被空气中存在的微粒反射的发射光的装置，该光束被称为反射光，以及传输介于发射光和反射光之间的干涉信号的装置，通过处理该信号推导出微粒的速度。传输装置包括激光二极管，接收装置通过自混合与激光二极管相关。该风速计也称为具有光学返回注入的激光风速计。

文献DE-2643892公开了一种放大电路，其一方面表现了具有共基极配置的三极管阶段，并作为输出阶段，另一方面表现了具有共集电极配置的三极管攻击阶段(transistorized attack stage)，其中，攻击阶段和输出阶段通过匹配电路连接，该匹配电路的输入阻抗远大于其输出阻抗。该文献中所提的电路具有显著的输入阻抗。如果该阻抗耦合到一个光电二极管的结电容，将会明显限制系统的带宽。

而且，具有运算放大器的跨阻抗放大器是已知的，其中提供电压V_out的输出端通过电阻R_f和接收输入电流i_in的负向输入端连接。因此，该配置的增益对应于电阻R_f。考虑到现有技术中的运算放大器，对于如上文所提的相较于平均信号值而言信号的变化量非常小的信号而言，并不能有效地使用该配置。

发明内容

因此，本发明的一个目的是得到较低的噪音等级(例如比包括运算放大器的跨阻抗放大器的噪音等级低)，但保留满意的增益，带宽和输入/输出的阻抗，以及有利地稳定的性能而没有振荡风险。

因此，本发明的目的是提供具有出色性能的放大器以及使用该放大器特别用于具有光学返回注入的激光风速计的光电探测模块中。然而，根据本发明的放大器也能用于其他的小信号叠加在大信号上的应用中。

根据本发明的器件有利地具有宽带宽。由噪声谱密度定义的放大器件的噪音将被限制。而放大器提供的增益将很显著。

放大器优选地具有并不干扰其优良特性的供给。

当放大器应用于激光风速计的探测模块时，该放大器具有的宽带宽使之可能在较大速度范围内测量风速。在此应用中，放大器接收来自光电二极管的调制电流，该光电二极管是激光风速计的探测器的一部分。于是，返回放大器输入端的噪音将大于光电二极管的噪音。放大器的增益应该满足后端的输出端噪音应显著大于用于风速计探测模块中的模数转换器的噪音。

在具有光学回注的激光风速计领域，通过放大电子技术应该能提升风速计性能。举例来说，在本发明的初始部分，说明书提到需同时具有一个大于50kΩ的跨阻抗增益V_out/i_in(即，电路输出电压与从输入电流的关系)，一个在源极阻抗之前的低输入阻抗(也即低于100Ω)，与9×10^-23A²/Hz等值的返回低输入端的噪音，大于100MHz的带宽以及一个具有50Ω的输出阻抗。

为了得到允许该性能实现的放大电路，本发明提出了一个包括四级级联的模拟放大器件，一个用于接收调制电流的输入端，以及一电压输出端，器件还包括接地电压和供给电压。

根据本发明，该器件包括：