驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路及方法技术

本发明专利技术公开的驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路及方法，包括依次连接的相位滞后电路、锁相环、加法器和压控恒流源，压控恒流源的输出端与高通滤波器连接，高通滤波器与锁相环连接；将输入电压输入相位滞后电路中，相位滞后电路能够将输入电压进行相位滞后后，输入锁相环中，锁相环将相位滞后电压和反馈电压做乘法，获得叠加电压，并对叠加电压进行滤波和振荡后输入加法器中，加法器将振荡电压和直流偏置电压相加后输入压控恒流源中，压控恒流源的输出电压进入高通滤波器进行高通滤波后向锁相环中输入反馈电压。实现了输出电流自动锁定输入电压，保证压控恒流源输出电流与输入电压同频同相，消除了输出电流滞后于输入电压的相位差。相位差。相位差。

【技术实现步骤摘要】
驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路及方法


[0001]本专利技术涉及恒流源
，尤其涉及驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)是一种波长调制型光纤传感器，简称光纤光栅，光纤光栅的波长反映了被测量的信息，因此需要对其波长进行精确解调。常用的光纤光栅进行解调方法有边缘滤波器法、可调滤波器法、可调谐激光器法等，其中，基于可调谐激光器的光纤光栅波长解调方法具有解调速度快、稳定性高、成本低等优点，近年来成为研究热点。可调谐激光器需使用高精度电流源驱动，驱动电流范围一般是0～30mA，常用的精密电流驱动方式为电流输出型数模转换芯片(DAC)，然而输出电流范围一般为0～20mA，无法覆盖可调谐激光器的驱动电流范围，因此，多使用电压输出型DAC配合压控恒流源电路的方案来实现激光器驱动。其中，电压输出型DAC技术方案成熟，压控恒流源电路为实现激光器驱动的关键。
[0004]传统的压控恒流源，如图1、图2所示，输出电流信号会随着输入电压信号频率的升高而发生相位滞后，输入电压频率越高，输出电流滞后于输入电压的相位越大。具有以下缺点：
[0005](1)对于高速光纤光栅解调仪，压控恒流源输出电流的相位滞后会导致系统解调速度降低；
[0006](2)因为滞后相位难以确定，所以输入高频电压信号时，很难测得压控恒流源是否输出了期望的电流，导致系统解调精度降低。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决上述问题，提出了驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路及方法，利用锁相环，实现了输出电流自动锁定输入电压，保证压控恒流源输出电流与输入电压同频同相，消除了输出电流滞后于输入电压的相位差，极大地提升了高速光纤光栅解调仪的解调速度。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]第一方面，提出了驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路，包括依次相位滞后电路、锁相环、加法器和压控恒流源，压控恒流源的输出端与高通滤波器连接，高通滤波器与锁相环连接；
[0010]相位滞后电路能够将输入电压进行相位滞后后，输入锁相环中，锁相环将相位滞后电压和反馈电压做乘法，获得叠加电压，并对叠加电压进行滤波和振荡后输入加法器中，加法器将振荡电压和直流偏置电压相加后输入压控恒流源中，压控恒流源的输出电压进入
高通滤波器进行高通滤波后向锁相环中输入反馈电压。
[0011]第二方面，提出了驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路的控制方法，包括：
[0012]向相位滞后电路中输入输入电压；
[0013]相位滞后电路将输入电压相位滞后后输入锁相环中；
[0014]锁相环将相位滞后电压和反馈电压做乘法，获得叠加电压，并对叠加电压进行滤波和振荡后输入加法器中；
[0015]加法器将振荡电压和直流偏置电压相加后输入压控恒流源中；
[0016]压控恒流源的输出电压进入高通滤波器进行滤波后，向锁相环中输入反馈电压。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018]1、本专利技术利用锁相环实现了输出电流自动锁定输入电压，保证输出电流与输入电压同频同相，消除了输出电流滞后于输入电压的相位差，极大地提升了高速光纤光栅解调仪的解调速度，解决了传统恒流源驱动可调谐激光器时，解调速度慢的问题。
[0019]2、本专利技术锁相环中的低通滤波器采用程控低通滤波器，能够针对不同的输入电压信号设置不同的截止频率，提高本专利技术提出的自动锁相恒流源的适应性。
[0020]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0022]图1为传统压控恒流源示例一电路图；
[0023]图2为传统压控恒流源示例二电路图；
[0024]图3为输入信号为1MHz时传统压控恒流源示例一的波形图；
[0025]图4为输入信号为1MHz时传统压控恒流源示例一的光标数据；
[0026]图5为输入信号为10MHz时传统压控恒流源示例一的波形图；
[0027]图6为输入信号为10MHz时传统压控恒流源示例一的光标数据；
[0028]图7为输入信号为5MHz时传统压控恒流源示例二的波形图；
[0029]图8为输入信号为5MHz时传统压控恒流源示例二的光标数据；
[0030]图9为输入信号为10MHz时传统压控恒流源示例二的波形图；
[0031]图10为输入信号为10MHz时传统压控恒流源示例二的光标数据；
[0032]图11为实施例1公开的自动锁相恒流源电路的系统框图；
[0033]图12为搭建的实施例1公开自动锁相恒流源电路的第一仿真电路图；
[0034]图13为实施例1公开自动锁相恒流源电路的第一波形图；
[0035]图14为实施例1公开自动锁相恒流源电路的第一和波形图；
[0036]图15为实施例1公开自动锁相恒流源电路的第一光标数据；
[0037]图16为搭建的实施例1公开自动锁相恒流源电路的第二仿真电路图；
[0038]图17为实施例1公开自动锁相恒流源电路的第二波形图；
[0039]图18为实施例1公开自动锁相恒流源电路的第二和波形图；
[0040]图19为实施例1公开自动锁相恒流源电路的第二光标数据。
具体实施方式
[0041]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0042]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0043]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0044]实施例1
[0045]传统的压控恒流源，如图1的示例一和图2的示例二所示，输出电流信号会随着输入电压信号频率的升高而发生相位滞后，输入电压频率越高，输出电流滞后于输入电压的相位越大。
[0046]图1中所示的传统压控恒流源，记三极管Q1集电极的电流为输出电流I
o
，输出电流单独作用于电阻R1的电压为正反馈电压U
fp
，输出电流单独作用于电阻R2的电压为负反馈电压U
fn
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路，其特征在于，包括依次连接的相位滞后电路、锁相环、加法器和压控恒流源，压控恒流源的输出端与高通滤波器连接，高通滤波器与锁相环连接；将输入电压输入相位滞后电路中，相位滞后电路能够将输入电压进行相位滞后后，输入锁相环中，锁相环将相位滞后电压和反馈电压做乘法，获得叠加电压，并对叠加电压进行滤波和振荡后输入加法器中，加法器将振荡电压和直流偏置电压相加后输入压控恒流源中，压控恒流源的输出电压进入高通滤波器进行高通滤波后向锁相环中输入反馈电压。2.如权利要求1所述的驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路，其特征在于，还包括电压输出模块，电压输出模块连接，电压输出模块与相位滞后电路连接，为相位滞后电路提供输入电压。3.如权利要求2所述的驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路，其特征在于，还包括主控模块，主控模块与电压输出模块连接。4.如权利要求3所述的驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路，其特征在于，锁相环包括依次连接的鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；相位滞后电路、高通滤波器均与鉴相器连接。5.如权利要求4所述的驱动可调谐激光器的自动锁相恒流源电路，其特征在于，鉴相器包括依次连接的乘法器和低通滤波器；相位滞后电路、高通滤波器均与乘法器连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏钧涛，鲍昱安，孙玲玉，张法业，姜明顺，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：