一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法技术

一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法，属于光纤激光水听器阵列解调技术领域。本发明专利技术包括温度控制电路和SOA配置电路，以及依次连接的主控电路、脉冲整形电路、脉冲驱动电路和SOA；所述温度控制电路和SOA配置电路均与SOA连接。本发明专利技术根据输出脉冲信号与反馈电压的逻辑控制关系，采用“脉冲信号先整形，再闭环驱动控制输出”的方法，实现变电流的驱动控制；本发明专利技术电路及控制方法具有结构简单、温度控制精确、光脉冲边沿上升/下降时间短、系统响应快、脉冲占空比与幅值可调等特点，能实现纳秒级的开关速率；本发明专利技术利用闭环控制将温度变化转换为电压信号变化，实现SOA的恒温工作环境，保证了SOA光脉冲边沿上升/下降时间优于5ns的稳定输出。

A nanosecond SOA driver and control method

【技术实现步骤摘要】
一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法
本专利技术涉及一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法，属于光纤激光水听器阵列解调

技术介绍
光纤激光水听器阵列具有灵敏度高、抗电磁干扰、水下无电、结构轻巧等特点，在水下小型无人平台探测系统、水下反潜、水下目标跟踪等方向有重要的应用，光纤激光水听器阵列解调技术是当今世界各国研究的热点和难点，尤其是在水下目标探测应用等军事领域上。纳秒级半导体光放大器(SOA，semiconductoropticalamplifier)驱动电路及控制方法是完成光纤激光水听器大规模组阵的重要技术保障，对于类似光纤光栅传感器的解调具有重要的参考价值，然而如何在硬件电路中实现纳秒级光脉冲边沿上升/下降时间的稳定控制输出，已成为困扰提高信号解调精度的关键因素，各研究机构都高度重视该技术的研究与创新。SOA开关速度理论上可以工作在纳秒以内，但在实际的应用中，SOA需依托于驱动电路和使用方法，由于SOA对温度、电流等条件要求时分严格，这些参数的控制不准确将导致开关速度降低、输出脉冲不准确，直接影响解调系统的时序控制精度，进而影响光纤激光水听器阵列信号解调的准确性，因此对驱动电路的温控范围、驱动电流、开关控制方法等提出了较高的要求。目前纳秒级SOA驱动电路仅存在理论模型上的分析，且无法实现变电流驱动控制，且未见硬件驱动电路实现；而传统的级联多路光开关的应用，不仅增加硬件电路部分的连接复杂度，同时多级将造成不同通道间的信号输出不一致，一定程度上增加了硬件所需成本与空间，且尚未达到纳秒级的开关速率；现有一种快前沿纳秒高压电光开关驱动源通过各外围电路的阻容值进行调节，不可软件编程修改脉冲的占空比与幅值，调节难度与精度很难保证，且易受到外界干扰会产生波形畸变，进而导致输出信号边沿时间远高于纳秒级。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种纳秒级SOA驱动电路及控制方法，本专利技术驱动电路及控制方法结构简单、温度控制精确、光脉冲边沿上升/下降时间优于5ns，提高了光开关脉冲输出的精度与稳定性，有利于光纤激光水听器阵列解调技术的工程应用。本专利技术的技术解决方案是：一种纳秒级SOA驱动电路，包括温度控制电路和SOA配置电路，以及依次连接的主控电路、脉冲整形电路、脉冲驱动电路和半导体光放大器SOA；所述温度控制电路和SOA配置电路均与半导体光放大器SOA连接；所述主控电路产生不同占空比的脉冲信号，用于开关切换控制输出脉冲信号的脉冲占空比；所述脉冲整形电路，用于将主控电路产生的输出脉冲信号进行整形，以产生整形脉冲信号；所述脉冲驱动电路，用于将脉冲整形电路产生的整形脉冲信号放大，产生驱动脉冲信号；所述温度控制电路，用于控制半导体光放大器SOA的工作温度，实现半导体光放大器SOA的温度稳定；所述SOA配置电路，用于完成半导体光放大器SOA外围电路的配置。进一步地，所述主控电路包括FPGA芯片、FPGA配置单元、开关控制单元、基准电压单元；所述FPGA芯片分别与FPGA配置单元、开关控制单元、供电单元相连接；所述FPGA芯片的脉冲信号输出I/O引脚与脉冲整形电路的电阻R1连接。进一步地，所述脉冲整形电路包括比较器Comp、电阻R1和电阻R2；所述电阻R1的一端与比较器Comp的正输入端连接，电阻R1的另一端与FPGA芯片输出脉冲信号的I/O引脚连接，所述电阻R2的两端分别与电阻R1和比较器Comp的输出端V1连接，比较器Comp的负输入端接收1.65V基准比较电压。进一步地，所述脉冲驱动电路包括运算放大器N1、运算放大器N2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10；所述电阻R3的一端同时与运算放大器N1的正输入端和比较器Comp的输出端V1连接，电阻R3的另一端与地连接，所述电阻R4的一端与运算放大器N1的负输入端连接，电阻R4的另一端与地连接，所述电阻R5的一端与运算放大器N1的正输入端连接，电阻R5的另一端与运算放大器N1输出端连接，所述电阻R6的一端与运算放大器N1的输出端连接，电阻R6的另一端与SOA配置电路的Anode引脚连接；所述电阻R7的一端同时与运算放大器N2的正输入端和比较器Comp的输出端V1连接，电阻R7的另一端与地连接，所述电阻R8的一端与运算放大器N2的负输入端连接，电阻R8的另一端与地连接，所述电阻R9的一端与运算放大器N2的正输入端连接，电阻R9的另一端与运算放大器N2输出端连接，所述电阻R10的一端与运算放大器N2的输出端连接，电阻R10的另一端与SOA配置电路的Anode引脚连接。进一步地，所述温度控制电路包括温控芯片、PID调节控制单元、电桥单元和热电冷却器控制单元，所述温控芯片分别与PID调节控制单元、电桥单元、热电冷却器控制单元相连接，电桥单元包括两路信号，一路与SOA配置电路中的RTH1连接，另一路与SOA配置电路中的地连接，所述两路信号与SOA中的热敏电阻组成回路；热电冷却器控制单元包括两路信号，一路与SOA配置电路中的热电冷却器TEC+端连接，另一路与SOA配置电路中的热电冷却器TEC-端连接。进一步地，所述SOA配置电路包括SOA、电阻R11、二极管D1，所述电阻R11的一端与SOA的Anode引脚连接，电阻R11的另一端与地连接，所述二极管D1并联在电阻R11两端，二极管D1的阳极与地连接，二极管D1的阴极与SOA的Anode引脚连接，所述SOA的Cathode引脚与RTH2引脚分别与地相连接。进一步地，所述驱动脉冲信号的输出电流200mA～1A。进一步地，所述整形脉冲信号的边沿上升和下降时间优于2ns。根据所述的一种纳秒级SOA驱动电路实现的一种纳秒级SOA驱动电路的控制方法，包括以下步骤：通过主控电路产生控制半导体光放大器SOA关断的脉冲信号，经脉冲整形电路电路获得纳秒级整形脉冲信号，将获得的纳秒级整形脉冲信号送至脉冲驱动电路的级联同相输入端；将地信号连接至脉冲驱动电路的反向输入端，脉冲驱动电路输出的大电流驱动脉冲信号送至半导体光放大器SOA中的光电二极管，当整形脉冲的占空比增加时通过光电二极管与脉冲驱动电路回路，完成电压的反馈，利用电压与反馈电阻比值的变化，进而实现驱动电流的稳定调节输出；将温度控制电路电桥单元与半导体光放大器SOA中的热敏电阻组成回路，热敏电阻的阻值与半导体光放大器SOA温度成比例变化，当配置为分压器时，可利用它来将温度转换为电压，热电冷却器TEC控制器将该反馈电压与代表目标温度的基准电压进行比较，然后控制流经热电冷却器TEC的电流，从而调整热电冷却器TEC传输的热量，实现恒温控制。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术根据输出脉冲信号与反馈电压的逻辑控制关系，采用“脉冲信号先整形，再闭环驱动控制输出”的方法，实现变电流的驱动控制；(2)本专利技术电路及控制方法具有结构简单、温度控制精确、光脉冲边沿上升/下降时间短、系统响应快、脉冲占空比与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳秒级SOA驱动电路，其特征在于：包括温度控制电路和SOA配置电路，以及依次连接的主控电路、脉冲整形电路、脉冲驱动电路和半导体光放大器SOA；所述温度控制电路和SOA配置电路均与半导体光放大器SOA连接；/n所述主控电路产生不同占空比的脉冲信号，用于开关切换控制输出脉冲信号的脉冲占空比；/n所述脉冲整形电路，用于将主控电路产生的输出脉冲信号进行整形，以产生整形脉冲信号；/n所述脉冲驱动电路，用于将脉冲整形电路产生的整形脉冲信号放大，产生驱动脉冲信号；/n所述温度控制电路，用于控制半导体光放大器SOA的工作温度，实现半导体光放大器SOA的温度稳定；/n所述SOA配置电路，用于完成半导体光放大器SOA外围电路的配置。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳秒级SOA驱动电路，其特征在于：包括温度控制电路和SOA配置电路，以及依次连接的主控电路、脉冲整形电路、脉冲驱动电路和半导体光放大器SOA；所述温度控制电路和SOA配置电路均与半导体光放大器SOA连接；
所述主控电路产生不同占空比的脉冲信号，用于开关切换控制输出脉冲信号的脉冲占空比；
所述脉冲整形电路，用于将主控电路产生的输出脉冲信号进行整形，以产生整形脉冲信号；
所述脉冲驱动电路，用于将脉冲整形电路产生的整形脉冲信号放大，产生驱动脉冲信号；
所述温度控制电路，用于控制半导体光放大器SOA的工作温度，实现半导体光放大器SOA的温度稳定；
所述SOA配置电路，用于完成半导体光放大器SOA外围电路的配置。


2.根据权利要求1所述的一种纳秒级SOA驱动电路，其特征在于：所述主控电路包括FPGA芯片、FPGA配置单元、开关控制单元、基准电压单元；所述FPGA芯片分别与FPGA配置单元、开关控制单元、供电单元相连接；所述FPGA芯片的脉冲信号输出I/O引脚与脉冲整形电路的电阻R1连接。


3.根据权利要求1所述的一种纳秒级SOA驱动电路，其特征在于：所述脉冲整形电路包括比较器Comp、电阻R1和电阻R2；所述电阻R1的一端与比较器Comp的正输入端连接，电阻R1的另一端与FPGA芯片输出脉冲信号的I/O引脚连接，所述电阻R2的两端分别与电阻R1和比较器Comp的输出端V1连接，比较器Comp的负输入端接收1.65V基准比较电压。


4.根据权利要求1所述的一种纳秒级SOA驱动电路，其特征在于：所述脉冲驱动电路包括运算放大器N1、运算放大器N2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10；所述电阻R3的一端同时与运算放大器N1的正输入端和比较器Comp的输出端V1连接，电阻R3的另一端与地连接，所述电阻R4的一端与运算放大器N1的负输入端连接，电阻R4的另一端与地连接，所述电阻R5的一端与运算放大器N1的正输入端连接，电阻R5的另一端与运算放大器N1输出端连接，所述电阻R6的一端与运算放大器N1的输出端连接，电阻R6的另一端与SOA配置电路的Anode引脚连接；所述电阻R7的一端同时与运算放大器N2的正输入端和比较器Comp的输出端V1连接，电阻R7的另一端与地连接，所述电阻R8的一端与运算放大器N2的负输入端连接，电阻R8的另一端与地连接，所述电阻R9的一端与运算放大器N2的正输入端连接，电阻R9的另一端与运算放...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊鹏，赵晨，王学锋，张海岩，郑百超，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11