FPGA驱动的DFB激光器调控电路详解与DDS实现

本文是一篇详细介绍FPGA激光器驱动电路设计的专业文章，主要关注于波长调制光谱技术的应用。半导体激光器的驱动电流对其波长有着直接的影响，因此设计一个压控恒流源至关重要。这个恒流源能够确保DFB半导体激光器在调制过程中的稳定电流供应，这对于精确控制激光器的波长至关重要。 文章的核心技术是直接频率合成（DDS），利用FPGA技术来实现这一功能。DDS是基于奈奎斯特采样定理的信号合成方法，通过控制相位增量来生成不同频率的正弦和三角波信号。在FPGA设计中，包含了频率控制字、相位控制字、加法器、寄存器、波形存储器以及数字模拟转换器（DAC）等模块。设计者使用VHDL语言编程，并借助Altera公司的Quartus II工具进行编译和仿真，确保电路的正确性和性能。 在电路设计中，具体到加法器部分，DDS产生的正弦和三角波信号经过叠加，核心元件是运算放大器，采用同向加法器结构。压控恒流源是电路设计的关键组件，它利用电压负反馈机制，由运算放大器、沟道增强型场效应管、采样电阻和二极管构成。场效应管的工作原理使得通过激光器的电流与电路中其他电流保持平衡，同时电容的加入构成积分电路，有助于保持电流在动态条件下的稳定性。 这篇文章深入探讨了如何运用FPGA技术来设计一个能精确微调波长的激光器驱动电路，这对于气体浓度测量等应用中的波长调制光谱技术具有重要意义。通过理解并掌握这些技术，设计者能够实现高效、稳定的DFB半导体激光器驱动，从而提升光谱分析设备的性能。