基于背景噪聲消除的光電二極管電路及激光測距系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】基于背景噪聲消除的光電二極管電路及激光測距系統(tǒng)，本發(fā)明提出的一種基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其包括光電二極管跨導放大模塊、運放積分器模塊、濾波模塊，所述濾波模塊接于所述光電二極管跨導放大模塊的輸出端以及所述運放積分器模塊的輸入端，所述運放積分器模塊的輸出端接于所述光電二極管跨導放大模塊的輸入端。本發(fā)明中運放積分器模塊可以僅使用運算放大器、電容和電阻，濾波電路可以僅使用電容和電阻，整個電路沒有使用數(shù)字元件，不會帶來額外噪聲，可以很大程度提高電路的信噪比，增大測距范圍；同時由于只使用到運算放大器、電阻和電容，成本相對現(xiàn)有技術(shù)降低了許多，而且整體電路面積也大大減少，從而有利于產(chǎn)品的小型化。
【專利說明】基于背景噪聲消除的光電二極管電路及激光測距系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光電二極管應(yīng)用電路領(lǐng)域，具體涉及一種能夠消除背景噪聲的光電二 極管電路，W及應(yīng)用該二極管電路的激光測距系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 光電二極管電路廣泛應(yīng)用于激光測距、安檢設(shè)備、運動控制、分析儀器、生物醫(yī)療、 光通信、軍事、航空航天、光通訊等領(lǐng)域。其中，在脈沖式激光測距領(lǐng)域普遍采用的光電二極 管電路包括光電二極管跨導放大電路，如圖1所示，最基本的光電二極管跨導放大電路主 要包括運算放大器U11、光電二極管LDl和電阻RllW及電容C11。但是該種電路輸出會有 一個直流偏置，如圖2所示，該個直流偏置也即是背景噪聲，它是由同波長的自然光（背景 光）、光電二極管暗電流和跨導放大器的輸入偏置電流造成的。由于激光測距系統(tǒng)中基于飛 行時間的判決電平往往很低（200mV左右），該個直流偏置會影響判決電平，因此在實際的 測距系統(tǒng)中，需要把該個背景噪聲消除掉，讓沒有脈沖信號的時候，光電二極管跨導放大電 路的輸出為0。
[0003]目前應(yīng)用最多的能夠消除背景噪聲的光電二極管電路如圖3所示，該電路在基本 的光電二極管跨導放大電路的基礎(chǔ)上增加了模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC)、單片機 (MCU)、緩沖器炬UFFER)W及電阻R12等元件，其原理是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集光電二極管跨 導放大電路的輸出電壓并傳送至單片機中，由單片機進行濾波等算法之后把需要補償?shù)碾?壓數(shù)值送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，然后輸出給光電二極管跨導放大電路的輸入，從而達到光電二極 管跨導放大電路的輸出電壓調(diào)零的目的。
[0004] 但是，現(xiàn)有技術(shù)的該種電路存在W下缺點：
[0005] 1、由于使用了數(shù)字元件（單片機），導致額外加入了噪聲，會使光電二極管的測距 范圍變小，從而會使測距的距離顯著得變短；
[0006] 2、加入了較多額外的元件，導致成本比較高；
[0007] 3、整體電路的面積比較大，不利于產(chǎn)品的小型化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)使用的光電二極管電路中存在的額外加入噪聲導致測距范 圍變小、元件較多導致成本較高、整體電路面積較大導致不利于產(chǎn)品小型化等技術(shù)問題，提 出一種能夠顯著降低噪聲、成本較低、整體電路面積較小的基于背景噪聲消除的光電二極 管電路。
[0009] 本發(fā)明提出的一種基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其包括光電二極管跨導 放大模塊、運放積分器模塊、濾波模塊，所述濾波模塊接于所述光電二極管跨導放大模塊的 輸出端W及所述運放積分器模塊的輸入端，所述運放積分器模塊的輸出端接于所述光電二 極管跨導放大模塊的輸入端。
[0010] 具體的，所述運放積分器模塊包括第一運算放大器、第一電容、第一電阻和第二電 阻；所述第一電容接于所述第一運算放大器的反相輸入端和輸出端之間；所述第一電阻一 端接于所述第一運算放大器的反相輸入端，另一端接地；所述第二電阻一端接于所述第一 運算放大器的的輸出端，另一端接于所述光電二極管跨導放大模塊的輸入端；所述第一運 算放大器的同相輸入端接于所述濾波模塊的輸出端。
[0011] 具體的，所述光電二極管跨導放大模塊包括光電二極管、第二運算放大器、第H電 阻和第二電容；所述光電二極管的陰極接入偏置電壓，陽極接于所述第二運算放大器的反 相輸入端；所述第H電阻和第二電容并聯(lián)后接于所述第二運算放大器的反相輸入端和輸出 端之間；所述第二運算放大器的反相輸入端還與所述第二電阻相接，輸出端還與所述濾波 板塊的相接。
[0012] 具體的，所述濾波模塊包括第H電容和第四電阻；所述第H電容一端接地，另一端 分別與所述第一運算放大器的同相輸入端、W及所述第四電阻的一端相接，所述第四電阻 的另一端與所述第二運算放大器的輸出端相接。
[0013] 具體的，所述光電二極管為雪崩光電二極管。
[0014] 相應(yīng)的，本發(fā)明相應(yīng)提出了一種激光測距系統(tǒng)，其包括上述任一基于背景噪聲消 除的光電二極管電路。
[0015] 有益效果；本發(fā)明提出的一種基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其采用了運 放積分器模塊，能夠?qū)怆姸O管跨導放大模塊輸出的直流偏置進行積分，并送回給光電 二極管跨導放大模塊的輸入端，W達到消除直流偏置的目的。同時，本發(fā)明中的濾波模塊可 W濾除掉光電二極管跨導放大模塊輸出端的高頻噪聲（高頻噪聲主要是脈沖信號本身）， 從而使運放積分器不受該高頻噪聲的影響。
[0016] 本發(fā)明中運放積分器模塊可W僅使用運算放大器、電容和電阻，濾波電路可W僅 使用電容和電阻，整個電路沒有使用數(shù)字元件，不會帶來額外噪聲，可W很大程度提高電路 的信噪比，增大測距范圍；同時由于只使用到運算放大器、電阻和電容，成本相對現(xiàn)有技術(shù) 降低了許多，而且整體電路面積也大大減少，從而有利于產(chǎn)品的小型化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中基本的光電二極管跨導放大電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中光電二極管跨導放大電路的輸出存在背景噪聲時W及不存在 背景噪聲時的波形比較圖。
[0019] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中使用的能夠消除背景噪聲的光電二極管電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4是本發(fā)明提出的一種基于背景噪聲消除的光電二極管電路實施例的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0021] 圖5是基于圖4的電路結(jié)構(gòu)的MTLAB仿真結(jié)果示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖W及實施例對本發(fā)明進行進一步 描述。
[0023] 請參閱圖4,本發(fā)明提出的一種基于背景噪聲消除的光電二極管電路實施例，其包 括光電二極管跨導放大模塊、運放積分器模塊、濾波模塊，所述濾波模塊接于所述光電二極 管跨導放大模塊的輸出端W及所述運放積分器模塊的輸入端，所述運放積分器模塊的輸出 端接于所述光電二極管跨導放大模塊的輸入端。
[0024]本實施例提出的一種基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其采用了運放積分器 模塊，能夠?qū)怆姸O管跨導放大模塊輸出的直流偏置進行積分，并送回給光電二極管跨 導放大模塊的輸入端，W達到消除直流偏置的目的。同時，本實施例中的濾波模塊可W濾除 掉光電二極管跨導放大模塊輸出端的高頻噪聲（高頻噪聲主要是脈沖信號本身），從而使 運放積分器不受該高頻噪聲的影響。
[00巧]本實施例中運放積分器模塊可W僅使用運算放大器、電容和電阻，濾波電路可W僅使用電容和電阻，整個電路沒有使用數(shù)字元件，不會帶來額外噪聲，可W很大程度提高電 路的信噪比，增大測距范圍；同時由于只使用到運算放大器、電阻和電容，成本相對現(xiàn)有技 術(shù)降低了許多，而且整體電路面積也大大減少，從而有利于產(chǎn)品的小型化。
[0026]為了更好地實現(xiàn)本實施例的目的，本實施例針對所述運放積分器模塊做了優(yōu)化設(shè) 計，具體的，所述運放積分器模塊包括第一運算放大器U1、第一電容CU第一電阻Rl和第二 電阻R2 ;所述第一電容Cl接于所述第一運算放大器Ul的反相輸入端和輸出端之間；所述 第一電阻Rl-端接于所述第一運算放大器Ul的反相輸入端，另一端接地；所述第二電阻 R2 -端接于所述第一運算放大器Ul的的輸出端，另一端接于所述光電二極管跨導放大模 塊的輸入端；所述第一運算放大器Ul的同相輸入端接于所述濾波模塊的輸出端。
[0027] 本實施例中，所述光電二極管跨導放大模塊可W是最基本的光電二極管跨導放大 電路，具體的，其包括光電二極管LD、第二運算放大器U2、第H電阻R3和第二電容C2 ;所述 光電二極管LD的陰極接入偏置電壓，陽極接于所述第二運算放大器U2的反相輸入端；所述 第H電阻R3和第二電容C2并聯(lián)后接于所述第二運算放大器U2的反相輸入端和輸出端之 間；所述第二運算放大器U2的反相輸入端還與所述第二電阻R2相接，輸出端還與所述濾波 板塊的相接。
[0028]為了進一步更好地實現(xiàn)本實施例的目的，本實施例中所述濾波模塊可W是普通的RC低通濾波器，具體的，本實施例的濾波模塊包括第H電容C3和第四電阻R4 ;所述第H電 容C3-端接地，另一端分別與所述第一運算放大器Ul的同相輸入端、W及所述第四電阻R4 的一端相接，所述第四電阻R4的另一端與所述第二運算放大器U2的輸出端相接。
[0029] 本實施例中，所述光電二極管LD可W是雪崩光電二極管。
[0030] 基于上述運放積分器模塊、光電二極管跨導放大模塊W及濾波模塊的具體電路結(jié) 構(gòu)，W下進行電路分析，W進一步詳細介紹實現(xiàn)本實施例目的的過程。
[0031]請繼續(xù)參閱圖4,本實施例中，將第一運算放大器Ul和第二運算放大器U2當作理 想的運算放大器。由于使用了電容該種儲能元件，故W下采用S域分析方法，大寫的變量均 代表S域函數(shù)，小寫的變量均為實數(shù)，電阻和電容符號均代表實數(shù)。
[0032]為了簡化計算，第二電容C2(濾波電容）不計入推導。第一電容Cl(積分電容） 在推導中簡化為C，第一電阻RU第二電阻R2、第H電阻R3和第四電阻R4的阻值分別記為 馬、尺2、尺3和尺4，貝1]:
[0033] 光電二極管跨導放大模塊的輸出電壓V。為：
[0034] V。=-Ii?Rs
[00巧]流過第一電容Cl的電流等于流過第一電阻Rl的電流，該電流Ii為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其特征在于，包括光電二極管跨導放大 模塊、運放積分器模塊、濾波模塊，所述濾波模塊接于所述光電二極管跨導放大模塊的輸出 端以及所述運放積分器模塊的輸入端，所述運放積分器模塊的輸出端接于所述光電二極管 跨導放大模塊的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其特征在于，所述運 放積分器模塊包括第一運算放大器、第一電容、第一電阻和第二電阻；所述第一電容接于所 述第一運算放大器的反相輸入端和輸出端之間；所述第一電阻一端接于所述第一運算放大 器的反相輸入端，另一端接地；所述第二電阻一端接于所述第一運算放大器的的輸出端，另 一端接于所述光電二極管跨導放大模塊的輸入端；所述第一運算放大器的同相輸入端接于 所述濾波模塊的輸出端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其特征在于，所述光 電二極管跨導放大模塊包括光電二極管、第二運算放大器、第三電阻和第二電容；所述光電 二極管的陰極接入偏置電壓，陽極接于所述第二運算放大器的反相輸入端；所述第三電阻 和第二電容并聯(lián)后接于所述第二運算放大器的反相輸入端和輸出端之間；所述第二運算放 大器的反相輸入端還與所述第二電阻相接，輸出端還與所述濾波模塊的相接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其特征在于，所述濾 波模塊包括第三電容和第四電阻；所述第三電容一端接地，另一端分別與所述第一運算放 大器的同相輸入端、以及所述第四電阻的一端相接，所述第四電阻的另一端與所述第二運 算放大器的輸出端相接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于背景噪聲消除的光電二極管電路，其特征在于，所述光 電二極管為雪崩光電二極管。
6. -種激光測距系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至5任一項所述的基于背景噪聲消 除的光電二極管電路。
【文檔編號】G01C3/02GK104359455SQ201410728279
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】張石, 魯佶 申請人:張石