[发明专利]用于高温测量的全差分放大的方法和装置

说明书

本公开描述了用于经由对放大区的提高来提高信噪比、增加采样速度并增加高温计的动态范围的系统、方法和装置。特别地，单级非差分放大器可以用增加增益而噪声没有成比例增加的差分放大器电路代替。差分放大器电路可以包括并联设置的一对跨阻抗放大器电路，其从光电检测器接收差分电流并作为响应而产生具有跨导增益的差分电压输出。

根据35U.S.C.§119要求优先权

本专利申请对2014年12月23日提交的名称为“USE OF A FULLY-DIFFERENTIALFRONT-END,WITH REVERSE BIAS AND BLIND DETECTION SUPPORT TO ACHIEVE A HIGH-SPEED,LOW NOISE,LOW OFFSET,HIGH-GAIN PYROMETER INTERFACE”的临时申请No.62096090要求优先权，该临时申请被转让给其受让人并特此通过引用将其明确地并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及光学高温测量。特别地，但非以限制的方式，本公开涉及用于在光学高温测量中使用的改进的放大器的系统、方法和装置。

背景技术

在制造环境中，在没有接触的情况下测量物体的温度已经被证明是复杂和艰巨的任务。运动中的物体常常难以触摸(例如熔化的蓝宝石)，并且太热的物体将损坏温度传感器。感兴趣的物体也可能容易通过接触而被损坏，从而妨碍对其温度进行测量。用于测量高温的可靠手段在几个世纪以来已经从由铁匠在其锻钢时所使用的原始的目视法发展到今天的工业温度测量的高度准确的手段(例如，光学高温测量)。

热物体发射光是公知的现象。越热就越亮。实际上，这一现象是很多现代技术的比较重要的基石之一。在它们当中的是辐射温度测量，其又被称为光学高温测量。

系统的本质是使用某种类型的光学器件观察感兴趣的物体或目标。物体在某种类型的电子检测器上成像，所述电子检测器已经被准确地校准以产生在输入(光强度)与输出(温度读数)之间的已知关系。输出通常发送到控制系统中，并用作反馈以实时地调节过程。

光学高温测量常常使用放大器来增加表示正被测量的目标的所检测到的光信号的电压。这些放大器将各种挑战引入到有待充分解决的光学高温测量中。因此在本领域中存在对光学高温计的改进的放大级的需求。

发明内容

下面概述在附图中示出的本发明的示例性实施例。在具体实施方式部分中对这些和其他实施例进行更充分的描述。然而应理解的是，没有将本发明限制到在本发明内容中或在具体实施方式中所述的形式的意图。本领域技术人员可以认识到，存在落入如权利要求所示的本发明的精神和范围内的很多修改、等同物和替代的构造。

本公开的方面可以以用于放大高温计中的光信号的全差分放大器电路为特征，所述放大器电路包括被配置为耦合到主光电检测器的阳极的第一系统输入和被配置为耦合到主光电检测器的阴极的第二系统输入。所述放大器电路还包括跨阻抗差分放大器级，其包括被配置为将主光电检测器偏置在0V和反向偏压之间，并且具有第一和第二输出的主偏置电路。跨阻抗差分放大器级还包括具有第一电流输入和第一跨阻抗电压输出的第一跨阻抗放大器电路，其中第一电流输入耦合到第一系统输入，第一偏压输入耦合到主偏置电路的第一输出，并且第一电压跨阻抗输出处的第一电压与光电流i_p成比例。跨阻抗差分放大器级还包括具有第二电流输入和第二跨阻抗电压输出的第二跨阻抗放大器电路，其中第二电流输入耦合到第二系统输入，第二偏压输入耦合到主偏置电路的第二输出，并且第二电压跨阻抗输出处的第二电压与在第二和第一系统输入之间通过的光电流i_p成比例。主偏置电路耦合到第一和第二跨阻抗放大器电路以使0V到反向偏压存在于主光电检测器的两端，并且作为第一和第二跨阻抗电压输出之间的差的主差分输出电压v1被配置为在处理器中转换成温度或反射比值。