数字激光告警系统探测接收前端设计与实现

"本文主要探讨了数字激光告警系统中探测接收前端的设计，重点在于实现对微弱激光脉冲的高效放大和整形，以便于数字系统处理。文章介绍了利用跨导放大技术和放大器饱和方式来增强激光脉冲信号，确保系统能够探测到1μW的最小激光能量，动态范围达100dB。设计采用了高灵敏度的激光探测二极管，通过运算放大器进行放大和电流电压转换，最终形成数字脉冲。系统通过仿真优化了电容配置，提高了探测灵敏度和动态范围，且结构简单，成本较低，适合于恶劣环境下的应用。" 在激光告警系统中，探测接收前端扮演着至关重要的角色。该系统的主要任务是对来袭的激光信号进行探测和识别，以确保在复杂的环境背景下能够及时发现潜在威胁。随着数字技术的进步，使用FPGA等数字器件处理告警信号已经成为趋势。本文聚焦于设计一种针对数字激光告警系统的探测接收前端，旨在检测特定波段的激光信号，具备高灵敏度，可以探测到的最小激光能量低至1μW，同时具备100dB的动态范围。 设计的核心是采用宽带、高增益、低噪声的跨导放大电路，这种电路能够对最小的10nA、10ns窄脉冲电流进行有效放大。跨导放大器能够在保持宽频响应（400MHz以上）的同时，降低噪声，提升系统的探测能力。放大后的信号通过放大器的饱和效应进行整形，转化为数字系统可以识别和处理的数字脉冲，脉冲的宽度则间接反映了激光信号的能量大小。 为了优化系统性能，文章利用ADS仿真软件来确定各级电容的大小，确保窄脉冲信号的精确放大和处理。仿真和测试结果证明，接收前端不仅具有高灵敏度和大动态范围，还能为后续的数字处理提供精确的信号特性。系统提出的宽带跨导运算放大器替代传统三极管放大微弱窄脉冲的方法，兼顾了宽频带（500MHz）和低成本的优势，特别适合于ns级及以下窄脉冲电流的放大。此外，系统的简洁架构使其具有较强的环境适应性，便于维护。 探测接收前端的方案设计包括选择合适的光电探测二极管，将激光信号转化为脉冲电流，然后通过500MHz带宽的运算放大器进行跨导放大和电流电压转换。当脉冲信号幅值较低或过高时，系统会对其进行整形和放大，以满足数字系统的需求。通过这样的设计，系统能够有效地探测到来袭激光信号，并基于脉冲宽度判断其强度，为激光告警系统的决策提供关键数据。