集成电路中的基于集成电路中的基于FPGA 的激光器驱动电路的设计的激光器驱动电路的设计
摘要:为了提高激光器驱动电路的性能,设计了一款低成本。数字化的激光器驱动电路,包括波长调制电路,波长扫描电路,加法器电
路以及压控恒流源电路。利用现场可编程门阵列生成的直接频率合成器可以产生频率可调的正弦波和三角波,并利用QuartusII 软件进
行在线仿真和调试。然后利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起,完成对分布反馈式激光器的驱动。最后,进
行了模拟实验研究,结果表明该驱动电路具有较高的稳定性。 0 引言 利用波长调制光谱技术(Wavelength Modulation
Spectroscopy,WMS) 测量气体浓度,需要使用波长可调谐的激光器,分布反馈式(D
摘要:为了提高激光器驱动电路的性能,设计了一款低成本。数字化的激光器驱动电路,包括波长调制电路,波长扫描电路,加法器电路以及压控
恒流源电路。利用现场可编程门阵列生成的直接频率合成器可以产生频率可调的正弦波和三角波,并利用QuartusII 软件进行在线仿真和调试。然后利用
加法电路进行叠加,并将其输出信号与恒流驱动整合到一起,完成对分布反馈式激光器的驱动。最后,进行了模拟实验研究,结果表明该驱动电路具有
较高的稳定性。
0 引言
利用波长调制光谱技术(Wavelength Modulation Spectroscopy,WMS) 测量气体浓度,需要使用波长可调谐的激光器,分布反馈式(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术的激光器驱动电路的设计。
由于波长与驱动电流有确定的依赖关系,研究半导体激光器的电流驱动是很有必要的,本文设计的压控恒流源可实现对激光器的恒流驱动。通过直
接频率合成技术(Direct Digital Synthesis,DDS)产生的正弦信号和三角信号可以对激光器的波长进行微调,实现了对DFB 半导体激光器的波长调制和
波长扫描。
1 利用FPGA 实现DDS 系统的设计
1.1 基于FPGA 技术实现DDS 主体部分的设计
DDS 是以奈奎斯特采样定理为基础,通过控制相位的增加量,最终合成不同频率的波形信号。由DDS 基本原理可知,f=Kf0/2N.其中,f0 是系统时
钟的频率,N 为相位寄存器的字长,K 是频率控制字。由此可知,输出频率f 的大小由N 和K 的大小决定。
DSS 基本结构框图如图1 所示,它包括频率控制字。相位控制字。加法器。寄存器。波形存储器。DAC 等模块。本设计以正弦信号产生为例,采用
层次结构,使用VHDL 语言进行程序编写,并利用A1tera 公司的QuartusII 软件对各部分模块的代码进行编译和仿真,仿真结果如图2 所示。
在本文设计中,为了获得频率为20kHz 的正弦信号,相位字pword 设为0,这主要为了初始相位为0,相位寄存器设为10 位,通过DDS 基本原理可知,
频率字fword 应设定为65535.从图2可知,输入时钟clk 被锁相环分频成频率较低的输出时钟as,最终输出信号的频率fout 约为20k Hz,符合最初的设计目
标。基于FPGA 生成的DDS 优点是通过改变波形存储器中数据,可以灵活地生成任意波形。
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