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基于FPGA的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究

作者: 時(shí)間:2011-01-31 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

耦合器是一種用于傳送和分配光信號(hào)的無源器件。通常,光信號(hào)由耦合器的一個(gè)端口輸入,而從另一個(gè)或幾個(gè)端口輸出,因此,耦合器可以用來減少系統(tǒng)中的光纖用量以及光源和光纖活動(dòng)接頭的用量,也可用于節(jié)點(diǎn)互連與信號(hào)混合。它可在相同波長(zhǎng)上,將來自幾束光纖的光耦合到其他幾柬光纖中,也可將光從一束光纖分離到幾束光纖中。耦合器是通過將2根或多根光纖熔接并拉伸,產(chǎn)生一個(gè)耦合區(qū)而產(chǎn)生的。理想的光纖耦合器,信道插入損耗為0 dB,隔離度為1。一般實(shí)際值與理想情況接近。分光比為50%:50%的2x2光纖耦合器被稱為3dB耦合器。
2.2 A/D轉(zhuǎn)換器和器件選型
采集電路是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化的電路,其模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器是采集電路的核心。系統(tǒng)對(duì)2路電壓信號(hào)同時(shí)采集??紤]到系統(tǒng)的速度、精度和分辨率等要求,這里采用16位的A/D轉(zhuǎn)換器AD976。AD976采樣速率高達(dá)100 Ks/s,采用的是電荷重分布技術(shù)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,由內(nèi)部電容模塊進(jìn)行高速采樣,因此無需外加采樣保持器,從而簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)計(jì)。
此系統(tǒng)采用ALTERA公司優(yōu)性價(jià)比的Cyclone系列EP1CQ240C8。EP1CQ240C8內(nèi)部有LE 5 980個(gè),PLL2個(gè),185個(gè)I/O端口。利用PLL可完成對(duì)輸入分頻、倍頻、占空比的設(shè)定、特定的相移,非常方便。把輸入時(shí)鐘必須分給全局時(shí)鐘引腳。EP1CQ240C8內(nèi)部有RAM 92 160 bit,可以實(shí)現(xiàn)單口RAM,雙口同步FIFO,異步FIFO,CAM(內(nèi)容地址存儲(chǔ)器),豐富的I/O可以完成和外設(shè)的連接。
2.3 信號(hào)調(diào)理電路
信號(hào)調(diào)理電路主要完成光電轉(zhuǎn)換和小信號(hào)的放大和濾波等功能。本系統(tǒng)的光電探測(cè)器采用PED100-LN,其暗電流小、響應(yīng)度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性和可靠性好,在1 550nm的波長(zhǎng)附近具有良好的線性輸出;具有對(duì)數(shù)特性,對(duì)大信號(hào)增益小,對(duì)小信號(hào)增益大,因此可對(duì)功率在大范圍內(nèi)變化的光信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào),其輸出的電流通過高精密運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路轉(zhuǎn)換為合適的電壓信號(hào)。為了使小信號(hào)電壓信號(hào)不被電路噪聲所淹沒,所以在電路的前端加鎖定放大電路,信號(hào)通過放大電路后傳輸?shù)綖V波電路,濾波電路選用二階低通濾波電路。低通濾波電路輸出的信號(hào)傳輸給下一級(jí)電路進(jìn)行處理。
又由于光電探測(cè)器靈敏度低、輸出電流小,一般只有數(shù)微安,甚至更小,因此必須選用前置放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。首先從去噪角度上考慮前置放大電路的設(shè)計(jì),電路中需要引入去耦電容。去耦是去除芯片電源管腳上的噪聲,噪聲是芯片本身產(chǎn)生的。在直流電源電路中負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲。此外,前置放大電路還應(yīng)該起到最大限度抑制噪聲的作用,以獲得最大的信噪比。前置放大器的核心部分是運(yùn)算放大器,應(yīng)盡量選擇具有高的輸入電阻、小的失調(diào)電流的高性能運(yùn)算放大器。圖2為前置放大電路。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/191383.htm


作為光信號(hào)檢測(cè)中的關(guān)鍵部分,前置放大電路的性能在很大程度上決定了整個(gè)光檢測(cè)系統(tǒng)的性能。如果采用一般的放大器進(jìn)行放大,放大器本身會(huì)引入較高的噪聲,后一級(jí)放大器將對(duì)前一級(jí)放大器輸出的信號(hào)和引入的噪聲同時(shí)進(jìn)行放大,因此信噪比不會(huì)得到改善,本系統(tǒng)中要探測(cè)的光電流信號(hào)很微弱,因此,前置放大器的增益必須很高。此外,前置放大電路還應(yīng)該起到最大限度抑制噪聲的作用,以獲得最大的信噪比。綜合各方面的考慮,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前置放大電路如圖2所示。由于OP07是一種低噪聲,非斬波穩(wěn)零的單運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓,所以在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點(diǎn),這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。光電探測(cè)器輸出的光電流信號(hào)經(jīng)過前置放大器后,實(shí)現(xiàn)了電流-電壓的轉(zhuǎn)換和一次放大,但是為了滿足后續(xù)電路的需要,必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次放大,二級(jí)放大電路選用高精密運(yùn)算放大器OP07構(gòu)成。其二級(jí)放大電路如圖3。



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