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FPGA激光器驱动电路设计攻略

  运用波长调制光谱技能丈量气体浓度,需求运用波长可调谐的激光器,散布反应式(Distributed Feed Back, DFB)激光器是可选的一种光源。本文介绍了用于波长调制光…

  运用波长调制光谱技能丈量气体浓度,需求运用波长可调谐的激光器,散布反应式(Distributed Feed Back, DFB)激光器是可选的一种光源。本文介绍了用于波长调制光谱技能的激光器驱动电路的规划。因为波长与驱动电流有确认的依靠联系,研讨半导体激光器的电流驱动是很有必要的,本文规划的压控恒流源可完结对激光器的恒流驱动。经过直接频率组成技能(Direct Digital($132.9200) Synthesis,DDS)发生的正弦信号和三角信号能够对激光器的波长进行微调,完结了对DFB 半导体激光器的波长调制和波长扫描。

  依据FPGA 技能完结DDS 主体部分的规划

  

  DDS 是以奈奎斯特采样定理为根底,经过操控相位的增加量,终究组成不同频率的波形信号。由DDS 根本原理可知,f=Kf0/2N.其间,f0 是体系时钟的频率,N 为相位寄存器的字长,K 是频率操控字。由此可知,输出频率f 的巨细由N 和K 的巨细决议。

  DSS 根本结构框图如图1 所示,它包含频率操控字。相位操控字。加法器。寄存器。波形存储器。DAC 等模块。本规划以正弦信号发生为例,选用层次结构,运用VHDL 言语进行程序编写,并运用A1tera 公司的QuartusII 软件对各部分模块的代码进行编译和仿真,仿真成果如图2 所示。

  

  加法器电路

  DDS 发生的两路信号需求加法器进行叠加。加法器的中心器材是运算放大器。本体系选用同向加法电路,如下图5 所示。

  

  压控恒流源电路规划

  本体系规划了压控恒流源,它主要是运用电压负反应的原理制造而成的,它由运算放大器OP07 N 沟道增强型场效应管。采样电阻和二极管等组成,原理图如图6 所示:

  

  依据场效应管的作业原理可知,当该电路正常作业时分,流过激光器的电流Ilaser 等于流过电阻R23 的电流IR23.

  为了确保电路在动态的过程中坚持激光器电流的稳定性,%&&&&&%与运放并联,构成积分电路,效果是给予阻尼,避免电路震动。与激光器并联的反向二极管是起分流效果,避免浪涌击穿激光器,维护激光器。

  本文规划了一种半导体激光器驱动电路,要点介绍了运用FPGA 完结DDS 的办法。运用QuartusII 软件进行在线仿真,减少了后期进行归纳实验的错误率。在完结体系的中心部分规划之后,对硬件电路的规划进行了具体的评论,包含加法器和压控恒流源的规划等。该驱动电路全程规划数字化,能够很便利的应用到激光器驱动和气体检测中,具有必定的参阅含义。DDS 体系模块测验本体系选用A1tera 公司CycloneII 系列的EP2C8Q208C8N($23.3400) 型芯片,总逻辑单元达8256 个,I/O 引脚为138 个,该芯片具有强壮的硬件逻辑功用。将DDS 信号源规划文件在线编译下到FPGA 最小体系板上,再经过DAC 转换器,终究得到了输出频率为20k Hz 的正弦波形,其用来进行DFB 激光器的调制,如图3 所示。

  为了进步激光器驱动电路的功能,规划了一款低成本。数字化的激光器驱动电路,包含波长调制电路,波长扫描电路,加法器电路以及压控恒流源电路。运用现场可编程门阵列生成的直接频率组成器能够发生频率可调的正弦波和三角波,并运用QuartusII 软件进行在线仿真和调试。然后运用加法电路进行叠加,并将其输出信号与恒流驱动整合到一同,完结对散布反应式激光器的驱动。最终,进行了模拟实验研讨,成果表明该驱动电路具有较高的稳定性。

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