具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另有限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。

对于现有的信号放大电路，当输入小信号时，由于电路的信号电流较小，因此电流不会在电路里面堆积和停留，信号可以线性放大，但随着信号越来越大时，信号经过放大，会出现信号展宽。经发明人研究测试发现，这是由于大信号的幅值会超过供电电源的范围，导致出现削顶饱和；而多余的电荷会停留在电路容性元件中，等待释放，导致电路出现展宽，同时还将导致脉宽信号的中心点位置会发生偏移。

对于脉宽信号的中心点偏移这一问题，现有的方案主要是通过采用两组放大电路，通过优化来选择其中一组幅值最佳的信号来进行测距，进而进行位置补偿或调整，这其中需要运用到软件补偿算法及标定处理等，尤其是对于大小变化的信号，其补偿的大小也需要实时调整，方案较为复杂，不易于实现等。为此，本申请实施例提出一种信号处理电路，该结构易于实现，容易维护，利用该信号处理电路在进行信号的前置放大时，可以很好地解决上述信号被展宽的问题，有效防止脉宽信号的中心点位置偏移问题，其可接入具有较宽变化范围的电信号，具体可运用于诸如光通信系统、音频传输系统等场合。

实施例1

图1所示为本申请实施例的信号处理电路10的一种结构示意图。

示范性地，信号处理电路10包括信号转换单元101和有源钳位单元102，其中，信号转换单元101的输入端用于接入待处理的电流信号，信号转换单元101的输出端与有源钳位单元102的输入端电连接；有源钳位单元102的输出端与信号转换单元101的反馈端电连接。

有源钳位单元102用于输出钳位电压信号并将该钳位电压信号通过信号转换单元101的反馈端反馈至信号转换单元101的输入端，以使得信号转换单元101将输入的电流信号转换为电压信号。同时，有源钳位单元102还用于对信号转换单元101转换得到的上述电压信号进行钳位放大，得到上述输出的钳位电压信号。可以理解，信号转换单元101通过与有源钳位单元102配合来实现电流信号转换到电压信号。

其中，上述输入的电流信号可以是通过如传感器或探测器等前端探测设备探测得到的电流信号。例如，在一种实施方式中，该电流信号可以为脉冲形式，如激光脉冲电流信号等。或者，该电流信号也可以是连续的音频电流信号等。本实施例中，输入的电流信号的幅值可以在一个较宽的范围内变化，即能够适用于具有较宽变化范围的输入信号。

有源钳位单元102用于对由信号转换单元101转换得到的电压信号进行钳位放大处理，得到钳位电压信号；同时还通过输出端连接至信号转换单元101的反馈端以形成电压并联负反馈结构，用于将输出的钳位电压信号反馈到信号转换单元101的输入。可以理解，在未输入电流信号时，有源钳位单元102输出的电压信号为零，此时反馈端的信号也为零。在电流信号输入后，有源钳位单元102输出相应的钳位电压信号，进而该钳位电压信号被反馈到信号转换单元101的输入端。

其中，上述的钳位放大处理是指将电压信号的幅值进行放大处理但限定在一定的幅值大小范围内。本实施例的信号处理电路10通过对有源钳位单元102的输出信号进行钳位处理，可以使得最后输出的电压信号的频宽不会被展宽，进而有利于对钳位电压信号进行后续的增益放大处理；与此同时，还利用电压并联负反馈结构将反馈的输出电压信号与输入的电流信号进行叠加输入，有利于调整信号处理电路10的放大倍数，可以稳定信号处理电路10的信号输出。

在一种实施方式中，信号处理电路10中的信号转换单元101和有源钳位单元102可分别采用结构互补的三极管构成，例如，信号转换单元101采用PNP型三极管(简称PNP管)，而有源钳位单元102采用NPN型三极管(简称NPN管)，即形成PNP+NPN的互补结构。信号处理电路10通过采用互补的双三极管结构，不仅结构简单，易于调适，还有利于信号流入和信号流出的互补耦合，尤其是脉宽形式的电流信号，可实现对脉宽信号的展宽抑制，防止脉宽信号的中心点位置发生偏移。

除了上述的三极管外，该信号转换单元101和有源钳位单元102还包括与对应的三极管连接的至少一个电阻等。例如，如图1所示，信号转换单元101包括第一PNP管Q1、第一电阻R1和反馈电阻Rf，有源钳位单元102包括第一NPN管Q2和第二电阻R2。其中，第一PNP管Q1的基极作为信号转换单元101的输入端，被配置为输入电流信号，第一PNP管Q1的集电极接地，第一PNP管Q1的发射极连接第一电阻R1的一端；第一电阻R1的另一端用于接入供电电源，以得到用于提供静态工作点所需的工作电压；反馈电阻Rf的一端连接第一PNP管Q1的基极，另一端连接信号转换单元101的反馈端。

而第一NPN管Q2的基极作为有源钳位单元102的输入端，电连接第一PNP管Q1的发射极，第一NPN管Q2的发射极接地，第一NPN管Q2的集电极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端用于接入供电电源；第一NPN管Q2的集电极还作为有源钳位单元102的输出端。其中，第一PNP管Q1和第一NPN管Q2中的“第一”仅是为了方便与后文中的其他三极管进行区别描述。

可以理解，上述的这些电阻可用于为对应的三极管提供所需的静态工作点，从而保证对应的三极管能够工作在所需的工作状态。其中，上述的反馈电阻Rf用于将有源钳位单元102的输出电压信号反馈回信号转换单元101的输入端，一方面可以形成上述的电压并联负反馈的结构，另一方面也为信号转换单元101中的第一PNP管Q1提供了基准偏置电压，以使得第一PNP管Q1能够正常工作。

值得注意的是，上述的第一NPN管Q2处于微饱和状态(也称临界饱和状态)，此时的第一NPN管Q2仍有一定的放大能力，但不满足Ic＝β*Ib，其中，Ic为集电极电流，Ib为发射极电流，β为放大倍数。因此，随着输入到第一PNP管Q1中的电流越大，第一NPN管Q2越接近全饱和状态，由于Ic远小于β*Ib，所以会造成放大倍数越小。同时，与反馈电阻Rf侧输入的反馈信号形成叠加，由于两个信号之间为反向，因此将进一步使得放大倍数减少。

对于基于PNP管加NPN管设计的信号处理电路10，当电流信号在输入后，将先从第一PNP管Q1的基极进入，此时流入基极的电流是正向导通的，之后，从第一NPN管Q2的基极流出的电流是负向导通的，通过利用第一PNP管Q1和第一PNP管Q1的互补特性，以实现信号流入和信号流出的互补耦合，这样可以减少多余的电荷在电路中的停留时间，从而可有利于抑制信号的展宽。

此外，PNP管加NPN管的结构还形成有源钳位，可以防止信号出现过饱和展宽。这是由于，信号转换单元101中的第一PNP管Q1的发射极与有源钳位单元102中的第一NPN管Q2的基极相连，由于反馈电阻Rf的存在，第一NPN管Q2的集电极电压Vc被钳位在第一PNP管Q1的基极与发射极之间的压降V_be及反馈电阻Rf上的静态压降V_Rf之和的幅值范围内，其中，基极到发射极之间的管压降V_be通常为0.7V左右(即一个PN结的压降)，所以第一NPN管Q2输出信号的幅值将被钳位在上述幅值范围内，而超过的信号部分将被削平，使得不会出现信号过饱和展宽的现象。

基于上述的PNP管加NPN管的结构，作为一种可选的实施方式中，信号处理电路10还设置一耦合电容，示范性地，如图1所示，耦合电容C1的一端被配置为输入电流信号，另一端连接信号转换单元101的输入端。通过在输入端设置耦合电容，可以实现电流信号的耦合接入。由于电容的“通交隔直”特性，可以阻隔信号中的直流分量。

可选地，有源钳位单元102还包括第一限流电阻，示范性地，如图1所示，第一限流电阻R10的一端连接第一PNP管Q1的发射极，另一端连接第一NPN管Q2的基极。其中，第一限流电阻可用于调整有源钳位单元102的输入信号的电流或电压的大小。

进一步可选地，信号转换单元还包括第二限流电阻，有源钳位单元还包括第三限流电阻，示范性地，第一PNP管Q1的集电极通过第二限流电阻接地，第一NPN管Q2的发射极通过第三限流电阻接地。可以理解，通过这两个接地的限流电阻可以调整该信号处理电路10的信号放大倍数。然而考虑到这两个限流电阻的大小一定程度上可能也会影响脉宽信号的展宽，因此可根据实际的电路需求来具体设置。

此外，信号处理电路10还可包括电源滤波单元，示范性地，电源滤波单元分别与上述接入的供电电源、信号转换单元101及有源钳位单元102电连接。电源滤波单元用于对接入的供电电源VCC输出的电源电压进行滤波处理，并将滤波处理后的电源电压输出至信号转换单元101和有源钳位单元102。例如，如图1所示，电源滤波单元可包括如图1所示的电阻R12、以及滤波电容C2和C3等。电源滤波单元的设置可以使输入到信号处理电路10中的电源电压更加平稳、纹波更小等。

本实施例的信号处理电路通过将接入的目标信号转换为电压信号，并对电压信号进行钳位放大处理，其中，通过采用结构互补的PNP管加NPN管的设计，可以加速电路中的电荷释放，有利于抑制信号的展宽，并且可以形成有源嵌位，可有效防止信号出现过度饱和而被展宽；同时还将输出的钳位电压信号通过电压并联负反馈的方式与输入的电流信号进行信号叠加，有利于稳定信号处理电路的输出，最终可提高信号的检测精度等。

实施例2

图2所示为本实施例的光接收模块100的一种结构示意图。

示范性地，该光接收模块100包括信号处理电路10和与信号处理电路10电连接的电压放大电路20，其中，光接收模块100中的信号处理电路10可采用上述实施例1中的信号处理电路10，主要用于进行信号转换及钳位放大以得到钳位电压信号；电压放大电路20主要用于对经过信号处理电路10处理后的电输出压信号进行增益放大，以便驱动后续的电路等。

在一种实施方式中，如图2所示，信号处理电路10包括信号转换单元101和有源钳位单元102，其中，信号转换单元101的输出端连接有源钳位单元102的输入端，有源钳位单元102的输出端连接信号转换单元101的反馈端。可以理解，该信号处理电路10与上述实施例1中的信号处理电路10的结构及作用均相同，上述实施例1中的可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。

在一种实施方式中，如图2所示，电压放大电路20包括跟随单元201和增益放大单元202，其中，跟随单元201的输入端与有源钳位单元102的输出端电连接；增益放大单元202的输入端与跟随单元201的输出端电连接；增益放大单元202的输出端作为电压放大电路20的输出端。

上述的跟随单元201用于对由信号处理电路10输出的钳位电压信号进行信号跟随以得到跟随电压信号，还可用于提升增益放大单元202的静态工作点，从而为增益放大单元202提供所需的偏置电压及信号的输入。而增益放大单元202主要用于对跟随电压信号进行增益放大并正向输出。

在一种实施方式中，上述的跟随单元201和增益放大单元202同样可分别采用结构互补的三极管等构成。例如，跟随单元201采用PNP型三极管(简称PNP管)，而增益放大单元202采用NPN型三极管(简称NPN管)，即形成PNP+NPN的互补结构。应当明白的是，电压放大电路20同样采用互补的双三极管结构，一方面有利于当前电路中信号流入和信号流出的互补耦合，另一方面通过与信号处理电路10结合，形成PNP+NPN+PNP+NPN的结构，此时有利于整个电路对脉宽信号的展宽抑制。

除了上述的三极管外，该跟随单元201和增益放大单元202还包括与对应的三极管连接的至少一个电阻等。例如，如图3所示，该跟随单元201包括第二PNP管Q3和第三电阻R3，而增益放大单元202包括第二NPN管Q4、第四电阻R4、第五电阻R5和旁路电容Ce。其中，第二PNP管Q3的集电极接地，第二PNP管Q3的发射极用于通过第三电阻R3分别连接与信号转换单元101的电源端和有源钳位单元102的电源端连接。

第二NPN管Q4的基极第二PNP管Q3的发射极，第二NPN管Q4的发射极通过第五电阻R5接地，集电极作为增益放大单元202的输出端，还用于通过第四电阻R4分别与信号转换单元101的电源端和有源钳位单元102的电源端连接；旁路电容Ce并联于第五电阻R5的两端。

可以理解，分别通过第三电阻R3和第四电阻R4接入供电电源，可以得到用于提供第二PNP管Q3和第二NPN管Q4的静态工作点所需的电流和电压。上述并联的旁路电容Ce，一方面可以用于提供交流通路，另一方面还可以用于提供交流放大倍数。

进一步可选地，该电压放大电路20还包括电源滤波单元，电源滤波单元分别与跟随单元201和增益放大单元202电连接，以用于对接入的供电电源VCC输出的电源电压进行滤波处理，并将滤波处理后的电源电压输出至跟随单元201和增益放大单元202。

下面结合一种具体的电路结构来对光接收模块100进行原理说明。

示范性地，如图4所示，光接收模块100中的信号转换单元101、有源钳位单元102、跟随单元201和增益放大单元202中的三极管依次为第一PNP管Q1、第一NPN管Q2、第二PNP管Q3和第二NPN管Q4，且每个三极管还连接有的电阻，如图4所示的反馈电阻Rf、以及电阻R1～R5，以用于提供所需的静态工作点。其中，上述的电阻R1～R5及反馈电阻Rf的连接关系，可参见实施例1及上述的相应描述，这里将不再重复描述。

进一步可选地，信号转换单元101还包括设置在输入端的耦合电容C1。以及，有源钳位单元102还包括设置输入端的一限流电阻R10。此外，各个单元还可包括相应的电源滤波单元，以用于对接入电源进行滤波处理，如图4所示的电阻R12、电容C2、C3、C4和C5等，在此并不作限定。

值得注意的是，在实际运用中，上述每个电阻需要根据对应位置所需的阻值来确定，例如，可以是由一个或多个电阻串和/或并联得到，而并不是指数量只能限定为一个。

可知，信号转换单元101、有源钳位单元102、跟随单元201和增益放大单元202采用了PNP+NPN+PNP+NPN的交替模式，即形成相邻单元中的两两三极管结构互补，这样可以进一步减少电荷在整个光接收模块100中的停留时间，从而有利于抑制信号的展宽。此外，对于信号处理电路10中的第一PNP管Q1和第一NPN管Q2的设计，由于反馈电阻Rf连接在第一PNP管Q1的基极B与第一NPN管Q2的集电极C，而第一PNP管Q1的发射极E又与第一NPN管Q2的基极B相连接，那么第一NPN管Q2的集电极C的电压将被限定在一定幅值范围内，对于超过范围的信号会被削平。

为了更好地体现这些三极管之间的协同作用，下面对第一PNP管Q1和第一NPN管Q2的静态工作点进行分析。以第一NPN管Q2的几个静态工作点参数为例，主要包括基极电流I_B2、集电极电流I_C2及集电极电压V_C2，可分别采用如下关系式计算得到：

I_B2≈(5-0.7)V/(R₁+R₁₀)；

I_C2≈β_Q2×I_B2；

V_C2＝V_CE2≈5V-I_C2×R₂；

其中，供电电源为5V，0.7V为第一NPN管Q2的管压降；R₁、R₂和R₁₀分别为第一电阻R1、第二电阻R2和第一限流电阻R10的阻值；β_Q2为放大倍数。由于集电极与发射极之间的压降V_CE2与放大倍数β_Q2之间是近似反比例关系，V_CE2越小，第一NPN管Q2越进入深度饱和状态，放大倍数越小。

利用上述的公式可以近似估算得到，并结合实验测试，可以得到第一NPN管Q2的V_CE2＝200mv，β_Q2约为42倍；电流I_C2≈22mA。同理可以算出第一PNP管Q1有：电流I_C1≈0.5mA，β_Q1＝25倍。

进而，对这四个三极管的放大倍数进行分析。由于第一PNP管Q1到第一NPN管Q2的信号为跟随输入，此时第一PNP管Q1的开环放大倍数满足：

其中，R_be1＝300+(1+β_Q1)*26mv/I_EQ1；I_EQ1＝0.5mA；

R_be2＝300+(1+β_Q2)*26mv/I_EQ2；I_EQ2＝22mA。

对于第一NPN管Q2，其开环放大倍数A_Q2满足：于是，可以计算信号处理电路10的开环放大倍数为A₁₂＝A_Q2*A_Q1。

由于第一PNP管Q1和第一NPN管Q2构成了电压并联负反馈电路，此时的反馈系数F满足：其中，R_c＝R₂//R_be2，R_f为反馈电阻Rf的阻值。于是，信号处理电路10的闭环放大倍数为：A_F＝A₁₂*F。

对于开环放大无反馈的电压放大电路20，可采用求解开环放大倍数的方法类似地推导出该电压放大电路20的放大倍数A₃₄，即有：A₃₄＝A_Q3*A_Q4。于是，可得到这四个三极管的总放大倍数为：A₁₂₃₄＝A₁₂*A₃₄。

利用上述的公式可以估算得到，并结合实际的测试，可得到信号处理电路10的开环放大倍数A₁₂大约为4.5倍；闭环放大倍数A_F约为4.4倍。电压放大电路20的放大倍数A₃₄约为40倍，此时，该光接收模块100的总放大倍数A₁₂₃₄约为176倍。

可以理解，本实施例中的信号处理电路10中的第一PNP管Q1主要起到电流转换电压作用，第一PNP管Q1到第一NPN管Q2的信号主要为跟随输入，而第一NPN管Q2并不是工作在放大区，而是处于临界饱和状态，因此放大倍数较小。对于电压放大电路20，第二PNP管Q3主要用于信号跟随并为第二NPN管Q4提供被提升的偏置电压及信号输入；而第二NPN管Q4则工作在放大区，即处于放大状态，因此放大倍数较大。

为了更好地说明该光接收模块100可以适用于较宽范围的输入信号，这里以APD(雪崩光电二极管)探测器检测到的脉冲电流信号为例，对两种不同大小的脉冲电流信号进行了仿真测试。

具体地，图5A所示为接入的脉冲信号源为1uA时，该光接收模块100输出信号放大波形；图5B所示为脉冲信号源为10000uA时的输出放大波形。由两个波形比较可知，信号的底部脉宽没有被展宽，可以得到，本实施例的光接收模块100能够在放大信号的同时，有效地抑制信号的展宽现象，适用于具有较宽范围的输入信号。经进一步测试得到，该光接收模块100所允许接入的APD输入信号的工作电流范围可在0.5uA～20000uA。

作为另一种可选的实施方式，如图6所示，上述的光接收模块100还包括光电探测电路30，其中，该光电探测电路30与信号处理电路10的输入端连接，用于接收激光信号，并将所述激光信号转换为电流信号后输入至信号处理电路10进行信号处理。可以理解，光电探测电路30和信号处理电路10可构成该光接收模块100的前端电路。例如，光电探测电路30可包括但不限于为光电倍增管或光电二极管等，进一步地，光电二极管可为APD等。

本申请实施例还提出一种激光雷达，示范性地，该激光雷达可以包括上述实施例2中的光接收模块100。可以理解，上述实施例2中的可选项同样适用于本实施例，故在此不再重复描述。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。