激光引导调理电路设计

摘要

激光引导技术在国防现代化和自动导航等领域广泛应用，具有重要的军用和民用意义。激光引导调理电路作为激光引导系统的重要组成部分，将光电二极管上的电流信号转换为电压信号，并进行放大和处理以便用于后级运算实现激光引导的功能，其精度、响应速度等性能直接决定着激光引导系统功能的实现和性能的优劣。另一方面，激光引导调理电路通常以电路板上各个分立芯片形成电路系统的形式来实现，体积庞大，能耗和生产成本均较高，随着集成电路制造技术的发展和激光引导微型化发展方向的提出，低成本、高集成度、低功耗的单片光电集成电路成为今后激光引导调理电路的发展趋势。因此，对激光引导调理电路的设计研究和单片集成具有重要的意义。
　　本文对激光引导调理电路进行设计，其包含可变增益放大器(Variable Gain Amplifier， VGA)电路、跨阻放大器(Trans-impedance Amplifier， TIA)、比较器、比例、求和放大器和输出缓冲器模块。开展了以下设计工作：第一，对增益 dB线性可变增益放大器的实现方法进行了分析，在传统的电路基础上改进增益控制级，提出了一种二级级联增益控制级的可变增益放大器，减弱了跨导级关断不彻底对增益误差的影响和控制电压受限对增益范围的影响，从而降低了增益误差并扩大了增益范围。第二，为了提高 TIA的线性度，采用带有运放的结构来实现TIA，并对其噪声特性进行分析。第三，采用二级开环比较器的结构增大带宽进而减小比较器的传输延时，同时增加级连的推挽反相器结构，增大对电容的驱动能力。第四，在比例放大器中采用非单位增益稳定运放，有利于增大带宽提高其闭环响应速度。
　　本文采用HHGrace0.35μm CMOS工艺完成了激光引导调理电路的电路及版图设计，版图面积为840.5μm×638.0μm。仿真结果表明，VGA的增益范围为50dB，增益误差小于±0.7dB，输出三阶交调积(3rd Order Intermodulation product，IMD3)为-73dBc。激光引导调理电路输出信号的3dB带宽为23.8MHz，0.1%建立时间为35.2ns，同步信号 SYNC产生时间为36.8ns。本课题设计的激光引导调理电路具有很好的精度和响应速度，达到了预期的设计指标，可以用于激光引导系统中。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源以及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容以及结构安排

第2章 激光引导调理电路系统设计

2.1 激光引导调理电路系统结构

2.2 主要性能指标及其确定

2.3 激光引导调理电路的单片集成

2.4 本章小结

第3章 激光引导调理电路中VGA的设计

3.1 VGA重要性能参数

3.2 增益dB线性VGA的结构选取

3.3 VGA电路设计及仿真

3.4 本章小结

第4章 激光引导调理电路中放大电路和比较器的设计

4.1 前置TIA的设计

4.2 比较器的设计

4.3 比例放大器的设计

4.4 输出缓冲器的设计

4.5 求和放大器的设计

4.6 基准电流产生电路

4.7 系统整体仿真结果

4.8 本章小结

第5章 激光引导调理电路的版图设计

5.1 激光引导调理电路中各模块版图设计

5.2 激光引导调理电路整体版图设计

5.3 激光引导调理电路整体版图后仿真

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢