发明内容
第一方面,本发明实施例提供了一种放大电路,包括:运算放大器模块和调整模块;所述调整模块位于所述运算放大器模块的前级电路、后级电路或反馈电路中的至少一处,用于对所述放大电路的输入信号的放大倍数进行调整,使得所述放大电路以调整后的放大倍数对所述输入信号的能量进行放大后输出。
可选地,所述调整模块对所述放大倍数的调整,使得当所述放大电路的输入信号的能量大于阈值时,所述输入信号的能量越大,所述放大电路对所述输入信号的放大倍数越小。
可选地,所述调整模块包括第一钳位模块,所述第一钳位模块位于所述运算放大器模块的前级电路上,所述第一钳位模块连接所述运算放大器模块的第一输入端;
所述第一钳位模块用于对所述运算放大器模块的输入信号进行调整。
可选地,所述第一钳位模块包括第一二极管;所述第一二极管的第一端连接所述运算放大器模块的第一输入端;所述第一二极管的第二端连接第一参考电平;所述放大电路的输入端连接所述第一二极管的第一端与所述运算放大器的第一输入端的公共端。
可选地,所述第一钳位模块包括第一二极管以及第一电阻;所述第一二极管的第一端通过所述第一电阻连接所述运算放大器模块的第一输入端;所述第一二极管的第二端连接第一参考电平;所述放大电路的输入端连接所述第一二极管的第一端与所述第一电阻的公共端。
可选地,所述调整模块包括第二钳位模块;所述第二钳位模块位于所述运算放大器模块的后级电路上,所述第二钳位模块连接所述运算放大器模块的输出端;
所述第二钳位模块用于对所述运算放大器模块的输出信号进行调整。
可选地,所述第二钳位模块包括:第二二极管;所述第二二极管的第一端连接所述运算放大器模块的输出端;所述第二二极管的第二端连接第二参考电平;所述放大电路的输出端的连接所述第二二极管与所述运算放大器模块的输出端的公共端。
可选地,所述第二钳位模块包括:第二二极管以及第二电阻;所述第二二极管的第一端通过所述第二电阻连接所述运算放大器模块的输出端;所述第二二极管的第二端连接第二参考电平;所述放大电路的输出端的连接所述第二二极管与所述第二电阻的公共端。
可选地,所述调整模块包括第三钳位模块,所述第三钳位模块位于所述运算放大器模块的反馈电路上;所述运算放大器模块的第一输入端连接所述第三钳位模块的第一端口;;所述运算放大器模块的第二输入端连接第三参考电平;所述放大器模块的输出端连接所述第三钳位模块的第二端口;
所述第三钳位模块具体用于:在输入所述运算放大器模块的信号的能量信息大于第一阈值时,减小所述运算放大器模块对所述运算放大器模块的输入信号的放大倍数。
可选地,所述第三钳位模块包括第三二极管;所述第三二极管的第一端连接所述运算放大器模块的第一输入端;所述第三二极管的第二端连接所述运算放大器模块的输出端。
可选地,所述第三钳位模块包括第三二极管及第三电阻;所述第三二极管的第一端连接所述运算放大器模块的第一输入端;所述第三二极管的第二端连接所述运算放大器模块的输出端;所述第三电阻与所述第三二极管并联。
可选地,所述第三钳位模块包括第三二极管、第三电阻、第四电阻;所述第三二极管的第一端通过所述第三电阻连接至所述放大器模块的第一输入端,所述第三二极管的第二端连接至所述运算放大器模块的输出端,所述第四电阻与所述第三二极管并联。
相较于现有技术,本发明提供的放大电路可以通过位于运算放大器模块的前级电路、后级电路或反馈电路中的至少一处的调整模块,对放大电路的输入信号的放大倍数进行调整,使得放大电路以调整后的放大倍数对输入信号的能量进行放大后输出,进而实现放大电路的放大倍数根据输入信号的能量进行动态调整。
第二方面,本发明实施例还提供了一种激光测量装置,所述激光测量装置包括第一方面所述的任一放大电路。
第三方面,本发明实施例还提供了一种移动平台,所述移动平台包括第二方面所述的任一激光测量装置以及平台本体,所述激光测量装置安装在所述平台本体。
可选地,所述移动平台包括无人飞行器、汽车和遥控车中的至少一种。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
可以理解,本发明各个实施例提供的放大电路可以应用于激光测量装置,该激光测量装置可以是激光雷达、激光测距设备等电子设备。在一种实施方式中,激光测量装置用于感测外部环境信息,例如,环境目标的距离信息、角度信息、反射强度信息、速度信息等。所述激光测量装置可以为激光雷达。
在一种实施方式中,本发明实施方式的激光测量装置可应用于移动平台,激光测量装置可安装在移动平台的平台本体。具有激光测量装置的移动平台可对外部环境进行测量,例如,测量移动平台与障碍物的距离用于避障等用途,和对外部环境进行二维或三维的测绘。在某些实施方式中,移动平台包括无人飞行器、汽车和遥控车中的至少一种。当激光测量装置应用于无人飞行器时,平台本体为无人飞行器的机身。当激光测量装置应用于汽车时,平台本体为汽车的车身。当激光测量装置应用于遥控车时,平台本体为遥控车的车身。
下面以激光雷达为例来叙述本发明实施例提供的放大电路。
请参阅图1,图1是本发明实施例提供的一种激光雷达的示意性框架图。该激光雷达可包括:控制器11、发射驱动电路12、发射管13、接收管14、放大电路15、比较电路16、时间数字转换器(TDC(Time-to-Digital Converter)电路)17等。控制器11可以连接发射驱动电路12、接收管14、放大电路15、比较电路16、TDC电路17等。控制器11可以向发射驱动电路12发送驱动信号。发射驱动电路12根据接收到的驱动信号对发射管13的发射功率、发射激光的波长、发射方向等中的至少一种进行控制。可以理解,发射管13受发射驱动电路的控制,可以向特定方向发射光脉冲信号。发射管13发射的光脉冲信号遇到障碍物后,障碍物对该光脉冲信号进行反射,接收管14包括光敏传感器,用于接收反射的光脉冲信号,并将该接收到的反射的光脉冲信号转化为电信号。该电信号可以是电压信号或电流信号。接收管14将转化的电信号作为输入信号输入放大电路15,放大电路对该输入信号进行调整,再将调整后的信号输入比较电路16。比较电路16用于将经过放大后的信号转化为数字脉冲信号,并将该数字脉冲信号输入到TDC电路17。TDC电路17提取该数字脉冲信号包含的时间信息,并将时间信息发送至控制器11,控制器11根据该时间信息计算与障碍物的距离。
请参阅图2,图2是本发明实施例提供的一种放大电路的示意性框架图。如图2所示,该放大电路可以包括:运算放大器模块21和调整模块22;所述调整模块22位于所述运算放大器模块21的前级电路、后级电路或反馈电路中的至少一处,用于对所述放大电路的输入信号的放大倍数进行调整,使得所述放大电路以调整后的放大倍数对所述输入信号的能量进行放大后输出。
可以理解,放大电路的放大倍数等于放大电路的输出信号与放大电路的输入信号的比值。
可以理解,所述调整模块22对所述放大倍数的调整,使得当所述放大电路的输入信号的能量大于阈值时,所述输入信号的能量越大,所述放大电路对所述输入信号的放大倍数越小。
本发明的第一实施例中,所述调整模块22包括第一钳位模块,所述第一钳位模块位于所述运算放大器模块21的前级电路上,所述第一钳位模块连接所述运算放大器模块21的第一输入端;所述运算放大器模块21的第二输入端可以连接第三参考电平REF3;所述第一钳位模块用于对所述运算放大器模块21的输入信号进行调整,并通过所述运算放大器模块21的输出端输出信号。
可选地,当放大电路的输入信号为电压信号时,第一钳位模块可以包括第一二极管。请参阅图3,图3是本发明实施例提供的一种放大电路的第一接线示意图。图3以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系,如图3所示,在电压信号为正电压信号时,所述第一二极管D1的正极连接运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端);所述第一二极管D1的负极连接第一参考电平REF1;所述放大电路的输入信号Uin通过所述第一二极管D1的正极与运算放大器IC的反向输入端的公共端输入;运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第一参考电平REF1。
当输入放大电路的电压信号超过了第一二极管D1的导通压降时,第一二极管D1导通,进而将输入运算放大器模块21的电压信号限制在第一二极管D1的导通电压附近,避免输入运算放大器模块21的饱和。
可以理解,当放大电路的输入信号为负电压信号时,第一二极管的正负极的连接方式与图3所示的放大电路中第一二极管D1的正负极的连接方式相反。
可选地,当放大电路的输入信号为电流信号时,第一钳位模块可以包括第一二极管以及第一电阻。请参阅图4,图4是本发明实施例提供的一种放大电路的第二接线示意图。图4以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系。如图4所示,在电流信号为正电流信号时,所述第一二极管D1的正极通过所述第一电阻R1连接所述运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端);所述第一二极管D1的负极连接第一参考电平REF1;所述放大电路的输入信号Uin通过所述第一二极管D1的正极与所述第一电阻2212的公共端输入;运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。
当输入放大电路的电流信号增大时,第一电阻R1上产生的压降增大,当第一电阻R1上产生的压降超过了第一二极管D1的导通压降时,第一二极管D1导通,进而降低将输入到运算放大器模块21的电流信号,避免输入运算放大器模块21的饱和。
可以理解,当放大电路的输入信号为负电流信号时,第一二极管的正负极的连接方式与图4所示的放大电路中第一二极管D1的正负极的连接方式相反。
本发明的第二实施例中,所述调整模块22包括第二钳位模块;所述第二钳位模块位于所述运算放大器模块21的后级电路上,所述第二钳位模块连接所述运算放大器模块21的输出端;所述第二钳位模块用于对所述运算放大器模块21的输出信号进行调整。可以理解,所述放大电路的输入信号可以输入到所述运算放大器模块的第一输入端;也可以通过所述第一钳位模块输入到所述运算放大器模块21的第一输入端;所述运算放大器模块的第二输入端连接第三参考电平REF3。
可选地,当放大电路的输入信号为电压信号时,第二钳位模块可以包括第二二极管。请参阅图5,图5是本发明实施例提供的一种放大电路的第三接线示意图。图5以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系,如图5所示,在电压信号为正电压信号时,所述第二二极管D2的正极连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端);所述第二二极管D2的负极连接第二参考电平REF2;所述放大电路的输出信号Uout从所述第二二极管D2与所述运算放大器IC的输出端的公共端输出。
当输出放大器模块21的电压信号超过了第二二极管D2的导通压降时,第二二极管D2导通,进而将输入后级运放的电压信号限制在第二二极管D2的导通电压附近,避免后记运放的饱和。
可以理解,当放大电路的输入信号为负电压信号时,第二二极管的正负极的连接方式与图5所示的放大电路中第二二极管D2的正负极的连接方式相反。
可选地,当放大电路的输入信号为电流信号时,所述第二钳位模块可以包括:第二二极管以及第二电阻。请参阅图6,图6是本发明实施例提供的一种放大电路的第四接线示意图。图6以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系,如图6所示,在电流信号为正电流信号时,所述第二二极管D2的正极通过所述第二电阻R2连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端);所述第二二极管D2的负极连接第二参考电平REF2;所述放大电路的输出信号Uout从所述第二二极管D2与所述第二电阻R2的公共端输出。
当输出运算放大器模块21的电流信号增大时,第二电阻R2上产生的压降增大,当第二电阻R2上产生的压降超过了第二二极管D2的导通压降时,第二二极管D2导通,进而降低将输出的电流信号,避免后记运放的饱和。
可以理解,当放大电路的输入信号为负电流信号时,第二二极管的正负极的连接方式与图6所示的放大电路中第二二极管D2的正负极的连接方式相反。
可以理解,在图5或图6所示的放大电路接线示意图中,所述放大电路的输入信号Uin可以直接输入到运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端),运算放大器IC的同向输入端连接第三参考电平REF3。
请参阅图7,图7是本发明实施例提供的第一钳位模块的钳位前后的效果示意图。图7中实线为实际信号,虚直线表示第一二极管D1的导通电压,虚曲线表示钳位后的信号。同理,第二钳位模块的钳位前后的效果也如图7所示。
本发明的第三实施例中,所述调整模块22包括第二钳位模块;所述第三钳位模块位于所述运算放大器模块21的反馈电路上;所述运算放大器模块21的第一输入端连接所述第三钳位模块的第一端口;所述运算放大器模块21的输出端连接所述第三钳位模块的第二端口;所述第三钳位模块具体用于:在输入所述运算放大器模块21的信号的能量信息大于第一阈值时,减小所述运算放大器模块21对所述运算放大器模块21的输入信号的放大倍数。
可以理解,所述放大电路的输入信号可以输入到所述运算放大器模块21的第一输入端;也可以通过所述第一钳位模块连接所述运算放大器模块21的第一输入端;所述运算放大器模块21的第二输入端可以连接第三参考电平REF3。
可选地,第三钳位模块可以包括第三二极管以及第五电阻。请参阅图8,图8是本发明实施例提供的一种放大电路的第五接线示意图。图8以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系,如图8所示,所述第三二极管D3的正极连接所述运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端);所述第三二极管D3的负极连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端)。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。所述放大电路的输入信号Uin可以通过第五电阻R5输入到运算放大器IC的反向输入端;运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。
当输入运算放大器模块21的信号的能量较小时,第三二极管D3两端的电压较小,第三二极管D3不导通,第三二极管的电阻RD3较大,此时,运算放大器模块21的放大倍数为RD3/R5,运算放大器模块21对输入运算放大器模块21的信号进行放大;当输入运算放大器模块21的信号的能量较大时,第三二极管D3两端的电压大于第三二极管D3的导通电压,第三二极管D3导通,第三二极管的电阻RD3较小,此时,运算放大器模块21的放大倍数RD3/R5减小,减小输出运算放大器模块21的信号的能量,进而减小放大电路的放大倍数。
可选地,第三钳位模块可以包括第三二极管、第三电阻以及第五电阻。请参阅图9,图9是本发明实施例提供的一种放大电路的第六接线示意图。图9以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系,如图9所示,所述第三二极管D3的正极连接所述运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端);所述第三二极管D3的负极连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端);所述第三电阻R3与所述第三二极管D3并联。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。所述放大电路的输入信号Uin可以通过第五电阻R5输入到运算放大器IC的反向输入端;运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。
当输入运算放大器模块21的信号的能量较小时,第三二极管D3两端的电压较小,第三二极管D3不导通,第三二极管D3的电阻RD3较大,第三二极管D3与第三电阻R3并联的等效电阻R等较大,此时,运算放大器模块21的放大倍数为R等/R5,运算放大器模块21对输入运算放大器模块21的信号进行放大;当输入运算放大器模块21的信号的能量较大时,第三二极管D3两端的电压大于第三二极管D3的导通电压,第三二极管D3导通,第三二极管的电阻RD3较小,R等减小,此时,运算放大器模块21的放大倍数R等/R5减小,减小输出运算放大器模块21的信号的能量,进而减小放大电路的放大倍数。
可选地,第三钳位模块包括第三二极管、第三电阻、第四电阻以及第五电阻;请参阅图10,图10是本发明实施例提供的一种放大电路的第七接线示意图。图10以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系,如图10所示,所述第三二极管D3的正极通过所述第三电阻R3连接至所述运算放大器模块21的第一输入端,所述第三二极管D3的负极连接至所述运算放大器模块21的输出端,所述第四电阻R4与所述第三二极管D3并联。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。所述放大电路的输入信号Uin可以通过第五电阻R5输入到运算放大器IC的反向输入端;运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。
当输入运算放大器模块21的信号的能量较小时,第三二极管D3两端的电压较小,第三二极管D3不导通,第三二极管D3的电阻RD3较大,第三二极管D3与第三电阻R4并联在与R3串联的等效电阻R等较大,此时,运算放大器模块21的放大倍数为R等/R5,运算放大器模块21对输入运算放大器模块21的信号进行放大;当输入运算放大器模块21的信号的能量较大时,第三二极管D3两端的电压大于第三二极管D3的导通电压,第三二极管D3导通,第三二极管的电阻RD3较小,R等减小,此时,运算放大器模块21的放大倍数R等/R5减小,减小输出运算放大器模块21的信号的能量,进而减小放大电路的放大倍数。
需要说明的是,在图8、图9以及图10所示的实施例中,第五电阻R5不是第三钳位模块必须的元件,对于运放稳定的运算放大器IC,放大电路的输入信号Uin也可以直接输入到运算放大器IC的反向输入端。
可以理解,在图8、图9以及图10所示的实施例中,放大电路的输入信号为正电流信号或正电压信号,当放大电路的输入信号为负电压信号或负电流信号时,第三二极管的正负极的连接方式分别与图8、图9以及图10所示的放大电路中第三二极管D3的正负极的连接方式相反。
请参阅图11,图11是本发明实施例提供的第三钳位模块的钳位前后的效果示意图。图11中实线为实际信号,虚线表示钳位后的信号。当信号的能量较小时,如图11右边曲线所示,第三钳位模块对输入的信号进行放大处理;当信号的能量较大时,如图12右边曲线所示,运算放大器模块21的放大倍数减小,以使其输出信号不超过第三二极管D3的导通电压。
本发明的第四实施例中,放大电路可以同时包括第一钳位模块第二钳位模块以及第三钳位模块。请参阅图12,图12是本发明实施例提供的一种放大电路的第八接线示意图。详细的描述可以参见上述第一钳位模块第二钳位模块以及第三钳位模块中的相关描述,此处不再赘述。
需要说明的是,第一钳位模块中第一二极管D1以及第二钳位模块中的第二二极管D2也可以采用齐纳二极管或者TVS二极管,此时,二极管的导通电压为齐纳二极管或者TVS二极管的击穿电压。
还需要说明的是,本发明各个实施例中,第一参考电平、第二参考电平以及第三参考电平用于区分参考电平,其中第一参考电平、第二参考电平或第三参考电平可以相同,也可以不同。
相较于现有技术,本发明提供的放大电路可以通过位于运算放大器模块的前级电路、后级电路或反馈电路中的至少一处的调整模块,对放大电路的输入信号的放大倍数进行调整,使得放大电路以调整后的放大倍数对输入信号的能量进行放大后输出,进而实现放大电路的放大倍数根据输入信号的能量进行动态调整。
本发明实施例中所使用的技术术语仅用于说明特定实施例而并不旨在限定本发明。在本文中,单数形式“一”、“该”及“所述”用于同时包括复数形式,除非上下文中明确另行说明。进一步地,在说明书中所使用的用于“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件,但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件。
在所附权利要求中对应结构、材料、动作以及所有装置或者步骤以及功能元件的等同形式(如果存在的话)旨在包括结合其他明确要求的元件用于执行该功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述出于实施例和描述的目的被给出,但并不旨在是穷举的或者将被发明限制在所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的情况下,多种修改和变形对于本领域的一般技术人员而言是显而易见的。本发明中所描述的实施例能够更好地揭示本发明的原理与实际应用,并使本领域的一般技术人员可了解本发明。
本发明中所描述的流程图仅仅为一个实施例,在不偏离本发明的精神的情况下对此图示或者本发明中的步骤可以有多种修改变化。比如,可以不同次序的执行这些步骤,或者可以增加、删除或者修改某些步骤。本领域的一般技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本发明权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。