一种应用于激光测云雷达的信号采集电路

文档序号:613834 发布日期:2021-05-07 浏览:5次 >En<

阅读说明:本技术 一种应用于激光测云雷达的信号采集电路 (Signal acquisition circuit applied to laser cloud detection radar ) 是由 蔡震 李琮 陈�峰 于 2020-12-01 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种应用于激光测云雷达的信号采集电路,属于信号采集电路技术领域,所述电源转换电路电性连接APD接收模块、跨阻放大电路和可变增益放大电路,所述APD接收模块电性连接温度监控电路,所述温度监控电路电性连接IIC总线接口,所述APD接收模块电性连接跨阻放大电路,所述跨阻放大电性连接可变增益放大电路,所述可变增益放大电路电性连接SPI总线接口和信号输出接口,将APD工作电压信息保存在数据存储器中,提高了模块之间的互换性,提高了工作状态的稳定性,同时多级可变增益功能的实现,保证了对不同信号幅度的适应性。(The invention discloses a signal acquisition circuit applied to a laser cloud detection radar, which belongs to the technical field of signal acquisition circuits, wherein a power supply conversion circuit is electrically connected with an APD (avalanche photo diode) receiving module, a transimpedance amplifier circuit and a variable gain amplifier circuit, the APD receiving module is electrically connected with a temperature monitoring circuit, the temperature monitoring circuit is electrically connected with an IIC (inter-integrated circuit) bus interface, the APD receiving module is electrically connected with the transimpedance amplifier circuit, the transimpedance amplifier circuit is electrically connected with the variable gain amplifier circuit, the variable gain amplifier circuit is electrically connected with an SPI (serial peripheral interface) bus interface and a signal output interface, APD working voltage information is stored in a data memory, interchangeability between modules is improved, stability of a working state is improved, and meanwhile, adaptability to different signal amplitudes is ensured due to the realization of a multi-stage variable gain function.)

一种应用于激光测云雷达的信号采集电路

技术领域

本发明涉及一种信号采集电路,特别是涉及一种应用于激光测云雷达的信号采集电路,属于信号采集电路技术领域。

背景技术

激光测云雷达系统的基本原理是通过控制测云雷达中发射端的激光器发射一定周期的短脉冲激光,当激光到达云底后会发生反射回到测云雷达的接收端,通过对接收端的接收信号进行后期处理,得到云底高度及云层相关的信息。

测云雷达所能获得的信号信息,主要取决于信号采集电路能获取模拟信号,信号的性噪比越高,更高的灵敏度,主控板中采用特定的算法后所能获得的云层信号会越多,越有利于分析云层的气象信息。

而现有技术中的应用于激光测云雷达的信号采集电路其工作环境温度范围窄,增益无法动态调整,信噪比低,为此设计一种应用于激光测云雷达的信号采集电路来改进上述问题。

发明内容

本发明的主要目的是为了提供一种应用于激光测云雷达的信号采集电路,将APD工作电压信息保存在数据存储器中,提高了模块之间的互换性,提高了工作状态的稳定性,同时多级可变增益功能的实现,保证了对不同信号幅度的适应性。

本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到:

一种应用于激光测云雷达的信号采集电路,包括电源转换电路、APD接收模块、温度监控电路、跨阻放大电路、可变增益放大电路、信号输出接口、温度监控电路、IIC总线接口和SPI总线接口;

所述电源转换电路,用于对外部输入电压进行降压转换并给APD接收模块、跨阻放大电路和多级可变增益放大器电路供电;

所述APD接收模块,设置APD工作电压,并同时根据外部环境温度动态调整APD放大增益;

所述温度监控电路,用于将环境温度信息通过数据总线传输到外部主控电路;

所述跨阻放大电路,用于将APD接收到的电流信号转换为电压信号的功能;

所述可变增益放大电路,用于对光电转换的模拟量数据进行放大,保证输出信号幅度一直处于系统可以允许的范围之内;

所述电源转换电路电性连接APD接收模块、跨阻放大电路和可变增益放大电路,所述APD接收模块电性连接温度监控电路,所述温度监控电路电性连接IIC总线接口,所述APD接收模块电性连接跨阻放大电路,所述跨阻放大电性连接可变增益放大电路,所述可变增益放大电路电性连接SPI总线接口和信号输出接口。

优选的,所述电源转换电路包括稳压器U7,所述稳压器U7的3接线端电性连接有极电容CH1的正极,所述有极电容CH1的负极接地,所述稳压器U7的3接线端输入+12VDC电源,所述稳压器U7的3接线端还电性连接二极管D23的阴极,所述二极管D23的阳极电性连接二极管D22的阴极,所述二极管D22的阳极电性连接所述稳压器U7的1接线端,所述稳压器U7的2接线端电性连接电阻R216的一端,所述电阻R216的另一端电性连接有极电容CT4的正极,所述有极电容CT4的负极接地,所述稳压器U7的1接线端电性连接电阻R215的一端,所述电阻R215的另一端接地,所述电阻R216的另一端与所述电阻R215的一端电性连接,所述稳压器U7的2接线端输出5.1V电源。

优选的,所述温度监控电路包括数字温度传感器U1和芯片U13,所述数字温度传感器U1的4接线端接地,所述数字温度传感器U1的8接线端电性连接电容C150的一端,所述电容C150的另一端接地,所述数字温度传感器U1的8接线端电性连接电源3.3V,所述数字温度传感器U1的7、6和5接线端接地,所述芯片U13的1接线端与所述数字温度传感器U1的8接线端电性连接,所述芯片U13的2、3和4接线端接地,所述芯片U13的8接线端电性连接电源3.3V,所述芯片U13的8接线端还电性连接电容C151的一端,所述电容C151的另一端接地。

优选的,所述可变增益放大电路包括线性放大器U2,所述线性放大器U2的2接线端电性连接电阻R81的一端、电容C73的一端、发光二极管D7的阳极和电阻R221的一端,所述电阻R221的另一端接地,所述发光二极管D7的阴极电性连接电阻R80的一端和接地,所述电阻R80的另一端电性连接电阻R79的一端,所述电阻R79的另一端电性连接电阻R78的一端,所述电阻R221的另一端接地,所述线性放大器U2的3接线端接地,所述线性放大器U2的4接线端电性连接线性放大器U2的5接线端、电容C137的一端、有极电容CT1的阴极和电阻R93的一端,所述电阻R93的另一端接电源,所述有极电容CT1的阳极和电容C137的另一端连接并接地。

优选的,所述线性放大器U2的8和7接线端电性连接电容C136的一端、有极电容CT2的阳极和电阻R2的一端,所述线性放大器U2的6接线端电性连接电容C74的一端、电阻R83的一端、运算放大器U12B的5接线端和电阻R81的另一端,所述电阻C73的另一端与所述电阻C74的另一端电性连接,所述电容C136的另一端和有极电容CT2的阴极接地,所述电阻R2的另一端接电源,所述电阻R83的另一端电性连接电容C75的一端和电阻R84的一端,所述电容C75的另一端接地,所述运算放大器U12B的6接线端电性连接电阻R65的一端、电阻R66的一端和场效应管Q5的S极,所述电阻R65的另一端电性连接电阻R64的一端、电阻R62的一端和场效应管Q4的S极,所述电阻R62的另一端电性连接场效应管Q4的G极,所述场效应管Q4的G极电性连接二极管,所述场效应管Q4的D极电性连接电阻R63的一端,所述场效应管Q5的D极接电源,所述场效应管Q5的G极电性连接运算放大器U12B的7接线端,所述运算放大器U12B的4接线端电性连接电容C139的一端和电源,所述电容C139的另一端接地,所述运算放大器U12B的8接线端电性连接电源和电容C138的一端,所述电容C138的另一端接地。

优选的,所述电阻R63的另一端电性连接运算放大器U12A的3接线端和电容C132的一端,所述电容C132的另一端接地,所述运算放大器U12A的4接线端连接电源,所述运算放大器U12A的8接线端连接电源,所述运算放大器U12A的1接线端与所述运算放大器U12A的2接线端皆电性连接电压控制型放大器U8的4接线端,所述电压控制型放大器U8的3接线端电性连接线性放大器U2的6接线端,所述电压控制型放大器U8的2接线端电性连接电阻R91的一端和电阻R90的一端,所述电阻R91的另一端接电源,所述电阻R90的另一端接电容C140的一端且所述电压控制型放大器U8的2接线端与所述电容C140的另一端电性连接,所述电压控制型放大器U8的5接线端电性连接电容C158的一端,所述电容C158的另一端接地,所述电压控制型放大器U8的5接线端还电性连接电阻R222的一端和场效应管Q1的D极,所述电阻R222的另一端电性连接电阻R59的一端、电阻R60的一端和电压控制型放大器U8的7接线端,所述电阻R59的另一端电性连接场效应管Q2的D极,所述场效应管Q2的G极电性连接二极管D4和电阻R56的一端,所述场效应管Q2的S极电性连接电容C77的一端和运算放大器U9B的6接线端,所述电阻R56的另一端电性连接运算放大器U9B的5接线端、运算放大器U11A的2接线端和电阻R219的一端。

优选的,所述运算放大器U9B的6电性连接C77的一端,所述电容C77的另一端与所述运算放大器U9B的7接线端电性连接,所述运算放大器U9B的8接线端电性连接电容C142的一端和电源,所述电容C142的另一端接地,运算放大器U11A的3接线端电性连接数字控制式可变增益放大器U10的18接线端,所述电容C154的一端,所述运算放大器U11A的8接线端电性连接电容C144的一端,所述运算放大器U11A的1接线端电性连接电阻R58的一端,所述电阻R58的另一端接地,所述运算放大器U9B的7接线端电性连接运算放大器U9A的3接线端,所述运算放大器U9A的2接线端电性连接电阻R5的一端,所述电阻R5的另一端电性连接电阻R95的一端,所述电阻R95的另一端电性连接电阻R57的一端和电容C71的一端,所述电阻R57的另一端和电容C71的另一端电性连接电阻R219的另一端,所述电阻R95的另一端电性连接运算放大器U11B的7接线端,所述运算放大器U9A的2接线端电性连接场效应管Q1的S极,所述场效应管Q1的G极电性连接R87的一端,所述电阻R87的另一端电性连接电阻R88的一端和运算放大器U9A的1接线端,所述场效应管Q1的D接线端电性连接电阻R222的一端。

优选的,所述数字控制式可变增益放大器U10的19接线端电性连接电阻R60的另一端,所述数字控制式可变增益放大器U10的14接线端电性连接电容C155的一端,所述电容C155的另一端接地,所述数字控制式可变增益放大器U10的5接线端电性连接电阻R72的一端和电容C156的一端,所述数字控制式可变增益放大器U10的6接线端电性连接电阻R73的一端,所述数字控制式可变增益放大器U10的10接线端电性连接J2,所述数字控制式可变增益放大器U10的7、8和9接线端电性连接电容C147的一端、电容C149的一端和电容C148的一端,所述电容C147的另一端接地,所述电容C149的另一端和电容C148的另一端接接地。

本发明的有益技术效果:

本发明提供的一种应用于激光测云雷达的信号采集电路,将APD工作电压信息保存在数据存储器中,提高了模块之间的互换性,提高了工作状态的稳定性,同时多级可变增益功能的实现,保证了对不同信号幅度的适应性。

附图说明

图1为按照本发明的一种应用于激光测云雷达的信号采集电路的一优选实施例的系统图;

图2为按照本发明的一种应用于激光测云雷达的信号采集电路的一优选实施例的电源转换电路图;

图3为按照本发明的一种应用于激光测云雷达的信号采集电路的一优选实施例的温度监控电路图;

图4为按照本发明的一种应用于激光测云雷达的信号采集电路的一优选实施例的TIA及恒增益放大电路第一部分电路图;

图5为按照本发明的一种应用于激光测云雷达的信号采集电路的一优选实施例的TIA及恒增益放大电路第二部分电路图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案,下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。

如图1-图5所示,本实施例提供的一种应用于激光测云雷达的信号采集电路,包括电源转换电路、APD接收模块、温度监控电路、跨阻放大电路、可变增益放大电路、信号输出接口、温度监控电路、IIC总线接口和SPI总线接口;

所述电源转换电路,用于对外部输入电压进行降压转换并给APD接收模块、跨阻放大电路和多级可变增益放大器电路供电;

所述APD接收模块,设置APD工作电压,并同时根据外部环境温度动态调整APD放大增益;

所述温度监控电路,用于将环境温度信息通过数据总线传输到外部主控电路;

所述跨阻放大电路,用于将APD接收到的电流信号转换为电压信号的功能;

所述可变增益放大电路,用于对光电转换的模拟量数据进行放大,保证输出信号幅度一直处于系统可以允许的范围之内;

所述电源转换电路电性连接APD接收模块、跨阻放大电路和可变增益放大电路,所述APD接收模块电性连接温度监控电路,所述温度监控电路电性连接IIC总线接口,所述APD接收模块电性连接跨阻放大电路,所述跨阻放大电性连接可变增益放大电路,所述可变增益放大电路电性连接SPI总线接口和信号输出接口。

通过读取数据存储器中的数据,设置APD模块的工作电压,保证全温度范围内放大增益倍数的一致性;

跨阻放大器电路实现将APD模块的输出电流信号转换为电压信号;

电路系统根据转换后的电压信号幅度,动态的调整多级可变增益放大器电路的参数,保证输出电压信号的正确性。

在本实施例中,所述电源转换电路包括稳压器U7,所述稳压器U7的3接线端电性连接有极电容CH1的正极,所述有极电容CH1的负极接地,所述稳压器U7的3接线端输入+12VDC电源,所述稳压器U7的3接线端还电性连接二极管D23的阴极,所述二极管D23的阳极电性连接二极管D22的阴极,所述二极管D22的阳极电性连接所述稳压器U7的1接线端,所述稳压器U7的2接线端电性连接电阻R216的一端,所述电阻R216的另一端电性连接有极电容CT4的正极,所述有极电容CT4的负极接地,所述稳压器U7的1接线端电性连接电阻R215的一端,所述电阻R215的另一端接地,所述电阻R216的另一端与所述电阻R215的一端电性连接,所述稳压器U7的2接线端输出5.1V电源。

在本实施例中,所述温度监控电路包括数字温度传感器U1和芯片U13,所述数字温度传感器U1的4接线端接地,所述数字温度传感器U1的8接线端电性连接电容C150的一端,所述电容C150的另一端接地,所述数字温度传感器U1的8接线端电性连接电源3.3V,所述数字温度传感器U1的7、6和5接线端接地,所述芯片U13的1接线端与所述数字温度传感器U1的8接线端电性连接,所述芯片U13的2、3和4接线端接地,所述芯片U13的8接线端电性连接电源3.3V,所述芯片U13的8接线端还电性连接电容C151的一端,所述电容C151的另一端接地。

在本实施例中,所述可变增益放大电路包括线性放大器U2,所述线性放大器U2的2接线端电性连接电阻R81的一端、电容C73的一端、发光二极管D7的阳极和电阻R221的一端,所述电阻R221的另一端接地,所述发光二极管D7的阴极电性连接电阻R80的一端和接地,所述电阻R80的另一端电性连接电阻R79的一端,所述电阻R79的另一端电性连接电阻R78的一端,所述电阻R221的另一端接地,所述线性放大器U2的3接线端接地,所述线性放大器U2的4接线端电性连接线性放大器U2的5接线端、电容C137的一端、有极电容CT1的阴极和电阻R93的一端,所述电阻R93的另一端接电源,所述有极电容CT1的阳极和电容C137的另一端连接并接地。

在本实施例中,所述线性放大器U2的8和7接线端电性连接电容C136的一端、有极电容CT2的阳极和电阻R2的一端,所述线性放大器U2的6接线端电性连接电容C74的一端、电阻R83的一端、运算放大器U12B的5接线端和电阻R81的另一端,所述电阻C73的另一端与所述电阻C74的另一端电性连接,所述电容C136的另一端和有极电容CT2的阴极接地,所述电阻R2的另一端接电源,所述电阻R83的另一端电性连接电容C75的一端和电阻R84的一端,所述电容C75的另一端接地,所述运算放大器U12B的6接线端电性连接电阻R65的一端、电阻R66的一端和场效应管Q5的S极,所述电阻R65的另一端电性连接电阻R64的一端、电阻R62的一端和场效应管Q4的S极,所述电阻R62的另一端电性连接场效应管Q4的G极,所述场效应管Q4的G极电性连接二极管,所述场效应管Q4的D极电性连接电阻R63的一端,所述场效应管Q5的D极接电源,所述场效应管Q5的G极电性连接运算放大器U12B的7接线端,所述运算放大器U12B的4接线端电性连接电容C139的一端和电源,所述电容C139的另一端接地,所述运算放大器U12B的8接线端电性连接电源和电容C138的一端,所述电容C138的另一端接地。

在本实施例中,所述电阻R63的另一端电性连接运算放大器U12A的3接线端和电容C132的一端,所述电容C132的另一端接地,所述运算放大器U12A的4接线端连接电源,所述运算放大器U12A的8接线端连接电源,所述运算放大器U12A的1接线端与所述运算放大器U12A的2接线端皆电性连接电压控制型放大器U8的4接线端,所述电压控制型放大器U8的3接线端电性连接线性放大器U2的6接线端,所述电压控制型放大器U8的2接线端电性连接电阻R91的一端和电阻R90的一端,所述电阻R91的另一端接电源,所述电阻R90的另一端接电容C140的一端且所述电压控制型放大器U8的2接线端与所述电容C140的另一端电性连接,所述电压控制型放大器U8的5接线端电性连接电容C158的一端,所述电容C158的另一端接地,所述电压控制型放大器U8的5接线端还电性连接电阻R222的一端和场效应管Q1的D极,所述电阻R222的另一端电性连接电阻R59的一端、电阻R60的一端和电压控制型放大器U8的7接线端,所述电阻R59的另一端电性连接场效应管Q2的D极,所述场效应管Q2的G极电性连接二极管D4和电阻R56的一端,所述场效应管Q2的S极电性连接电容C77的一端和运算放大器U9B的6接线端,所述电阻R56的另一端电性连接运算放大器U9B的5接线端、运算放大器U11A的2接线端和电阻R219的一端。

在本实施例中,所述运算放大器U9B的6电性连接C77的一端,所述电容C77的另一端与所述运算放大器U9B的7接线端电性连接,所述运算放大器U9B的8接线端电性连接电容C142的一端和电源,所述电容C142的另一端接地,运算放大器U11A的3接线端电性连接数字控制式可变增益放大器U10的18接线端,所述电容C154的一端,所述运算放大器U11A的8接线端电性连接电容C144的一端,所述运算放大器U11A的1接线端电性连接电阻R58的一端,所述电阻R58的另一端接地,所述运算放大器U9B的7接线端电性连接运算放大器U9A的3接线端,所述运算放大器U9A的2接线端电性连接电阻R5的一端,所述电阻R5的另一端电性连接电阻R95的一端,所述电阻R95的另一端电性连接电阻R57的一端和电容C71的一端,所述电阻R57的另一端和电容C71的另一端电性连接电阻R219的另一端,所述电阻R95的另一端电性连接运算放大器U11B的7接线端,所述运算放大器U9A的2接线端电性连接场效应管Q1的S极,所述场效应管Q1的G极电性连接R87的一端,所述电阻R87的另一端电性连接电阻R88的一端和运算放大器U9A的1接线端,所述场效应管Q1的D接线端电性连接电阻R222的一端。

在本实施例中,所述数字控制式可变增益放大器U10的19接线端电性连接电阻R60的另一端,所述数字控制式可变增益放大器U10的14接线端电性连接电容C155的一端,所述电容C155的另一端接地,所述数字控制式可变增益放大器U10的5接线端电性连接电阻R72的一端和电容C156的一端,所述数字控制式可变增益放大器U10的6接线端电性连接电阻R73的一端,所述数字控制式可变增益放大器U10的10接线端电性连接J2,所述数字控制式可变增益放大器U10的7、8和9接线端电性连接电容C147的一端、电容C149的一端和电容C148的一端,所述电容C147的另一端接地,所述电容C149的另一端和电容C148的另一端接接地。

以上所述,仅为本发明进一步的实施例,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内,根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变,都属于本发明的保护范围。

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