本发明专利技术涉及一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置及方法，光电探测器与第一跨阻放大电路连接，第一跨阻放大电路的输出连接第二跨阻放大电路的输入以及互相关检测电路的第一输入，第二跨阻放大电路的输出连接至互相关检测电路的第二输入，互相关检测电路的输出与A/D转换电路连接，A/D转换电路连接FPGA控制器，FPGA控制器运行FPGA偏置电压纠偏算法得到新的偏置电压控制指令，输出至D/A转换电路，D/A转换电路连接加法放大电路，经过加法运算、放大运算输出偏置电压到电光调制器。本发明专利技术可实现在线、实时、高速、精准、自动的控制电光调制器的偏置电压，使电光调制器快速地工作在最佳工作点并长期稳定最佳工作点。在最佳工作点并长期稳定最佳工作点。在最佳工作点并长期稳定最佳工作点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置及方法
[0001]本专利技术属于光电自动控制
，涉及一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置及方法。
技术介绍
[0002]铌酸锂电光调制器在光通信领域有很重要的作用，铌酸锂电光调制器主要以铌酸锂晶体为材料，其工作点受偏置电压的影响，通过对其施加一个合适的偏置电压可使其工作在最佳工作点，但由于其自身材料和结构的原因，电光调制器在工作的过程中，受环境温度、振动、应变、光的偏振态等因素的影响，工作点会发生漂移，输出光脉冲的消光比会减小，调制精度会降低，从而导致整个系统工作不稳定，因此，为了能够使电光调制器稳定的工作在最佳工作点，设计高速、高精度的电光调制器偏置电压的在线控制装置及方法很重要。
[0003]目前的电光调制器偏置电压控制装置及方法存在以下问题：
[0004](1)现有的电光调制器偏置电压控制装置的灵敏度较低，可控范围较小，装置只能对电光调制器输出光的5％至10％进行识别控制，对电光调制器在微弱光的偏置电压反馈控制中无法使用，而在实际应用中，较多情景需要对电光调制器输出光的1％进行识别控制，目前技术无法满足此应用的使用要求；
[0005](2)现有的电光调制器偏置电压控制装置大多需要在系统中引入混沌信号发生器、正弦信号发生器、声光移频器等装置，从而引入外部干扰信号作为反馈信号，通过这种方法往往会引入大量的噪声，使得在后续频谱处理中出现不必要的噪声，且会增加控制装置成本及光路、信号解析复杂度；
[0006](3)现有的电光调制器偏置电压控制装置在对输入的模拟电信号处理过程中仅靠放大电路处理的方案，会导致输入A/D转换器的模拟电信号含噪声成分较大、信噪比较低，使A/D转换器输出数字信号的准确性较低，且输入模拟电信号的噪声干扰会影响A/D转换器的处理精度，综合影响导致系统对电光调制器偏置电压的控制精度较低；
[0007](4)现有的电光调制器偏置电压控制装置在对D/A转换器输出的模拟信号进行调理时仅采用放大电路或者用两个放大器分别设计一个加法电路和一个放大电路的方案，会导致输出的电光调制器偏置电压调控范围较小，且信号在加法电路和放大电路的级间连接会耦合新的噪声，导致输出的电光调制器偏置电压精度差等问题；
[0008](5)现有的电光调制器偏置电压控制方法多为解析正弦信号、声光信号，或者互相关运算等，需在单片机或FPGA内进行正弦信号解调、拍频解调、互相关运算等处理，存在速度较慢，效率较低，精度不够等缺点；
[0009](6)现有的电光调制器偏置电压控制装置需要额外的设备(如上位机电脑等)辅助使用，成本高、体积较大、不易集成，不易用于体积、成本都受限制的仪器或者其他便携式的模块类的设备中；
[0010](7)现有的电光调制器偏置电压控制装置及方法需要开机后人工控制上位机发送
控制指令、上位机介入处理数字信号、人工判断工作点控制等，占用较大的人力物力，且效率低，无法做到真正的全自动化控制电光调制器的偏置电压。
技术实现思路
[0011]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置及方法。解决目前的电光调制器偏置电压控制装置及方法存在的无法同时做到实时、在线、高速、精准、自动地控制电光调制器偏置电压的问题。
[0012]本专利技术解决技术的方案是：一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置，包括光电探测器、第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路、互相关检测电路、A/D转换电路、FPGA控制器、D/A转换电路、参考电压电路、加法放大电路；
[0013]所述光电探测器用于接收电光调制器分光后的光信号，并将所述光信号转换为电信号；
[0014]第一跨阻放大电路用于对所述电信号进行低噪放大，得到第一原始模拟电信号输出至第二跨阻放大电路的输入接口，同时经过分压连接至互相关检测电路的第一输入接口；第二跨阻放大电路对第一原始模拟电信号继续进行低噪放大，得到第二原始模拟电信号输出至互相关检测电路的第二输入接口；
[0015]互相关检测电路用于对所述第一原始模拟电信号、第二原始模拟电信号进行互相关运算滤除全波段噪声，得到不含噪声的模拟电信号；
[0016]A/D转换电路用于对所述模拟电信号进行采集并转换成数字电信号；
[0017]FPGA控制器首先在DA全域范围内以第一步进值进行扫描，在扫描的每个DA值下采样一次AD值，寻找扫描过程中最小波谷点的AD值，此AD值对应的DA值记为DA_data0，然后在DA_data0的邻域内以第二步进值扫描寻找最小波谷点的AD值，此AD值对应的DA值记为DA_data1，最后对DA_data1微调纠偏，得到新的偏置电压控制指令，使电光调制器工作在最佳工作点，其中，第二步进值小于第一步进值；
[0018]D/A转换电路用于将所述偏置电压控制指令转换为新的模拟电压信号；
[0019]参考电压电路用于给D/A转换电路输入参考电压；
[0020]加法放大电路用于将所述新的模拟电压信号转换为第一预设范围的偏置电压，输出至电光调制器的直流偏置电压输入接口。
[0021]进一步的，所述加法放大电路包括双通道放大器，其中，通道一设计为加法电路，通道二设计为放大电路；
[0022]所述加法电路的反相输入端与D/A转换电路内部的定标电阻器中心抽头连接，加法电路的同相输入端与D/A转换电路的输出连接，加法电路对输入信号进行加法运算，得到第二预设范围的电压信号；通过通道二的放大电路进行运算放大，得到第一预设范围的偏置电压。
[0023]进一步的，所述第二预设范围取
‑
2.5V～2.5V，第一预设范围取
‑
15V～15V。
[0024]进一步的，第一跨阻放大电路输出的电压信号与第二跨阻放大电路输出的电压信号具有同频、同相位的特性，且第二跨阻放大电路输出的电压信号是第一跨阻放大电路输出的电压信号的整数倍。
[0025]进一步的，所述FPGA控制器包括A/D控制模块、滤波器、偏置电压纠偏模块、D/A控
制模块；
[0026]A/D控制模块驱动控制A/D转换电路对输入的模拟电信号进行采样并转换成数字电信号；
[0027]滤波器模块对A/D转换电路输出的数字电信号进行滤波，进一步降低信号噪声，稳定信号；
[0028]偏置电压纠偏模块按照设定流程分步进行电光调制器偏置电压的在线纠偏处理，寻找在滤波后的数字电信号满足预设扫描条件下的最佳工作点，将处理结果输出至D/A转换电路；
[0029]D/A控制模块驱动控制D/A转换电路对偏置电压纠偏模块的输出信号进行数模转换。
[0030]进一步的，所述A/D转换电路包括A/D转换器ADS8353。
[0031]进一步的，所述D/A转换电路包括D/A转换器LTC2641。
[0032]进一步的，所述参考电压电路具有正驱动电流，为D/A本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置，其特征在于，包括光电探测器、第一跨阻放大电路、第二跨阻放大电路、互相关检测电路、A/D转换电路、FPGA控制器、D/A转换电路、参考电压电路、加法放大电路；所述光电探测器用于接收电光调制器分光后的光信号，并将所述光信号转换为电信号；第一跨阻放大电路用于对所述电信号进行低噪放大，得到第一原始模拟电信号输出至第二跨阻放大电路的输入接口，同时经过分压连接至互相关检测电路的第一输入接口；第二跨阻放大电路对第一原始模拟电信号继续进行低噪放大，得到第二原始模拟电信号输出至互相关检测电路的第二输入接口；互相关检测电路用于对所述第一原始模拟电信号、第二原始模拟电信号进行互相关运算滤除全波段噪声，得到不含噪声的模拟电信号；A/D转换电路用于对所述模拟电信号进行采集并转换成数字电信号；FPGA控制器首先在DA全域范围内以第一步进值进行扫描，在扫描的每个DA值下采样一次AD值，寻找扫描过程中最小波谷点的AD值，此AD值对应的DA值记为DA_data0，然后在DA_data0的邻域内以第二步进值扫描寻找最小波谷点的AD值，此AD值对应的DA值记为DA_data1，最后对DA_data1微调纠偏，得到新的偏置电压控制指令，使电光调制器工作在最佳工作点，其中，第二步进值小于第一步进值；D/A转换电路用于将所述偏置电压控制指令转换为新的模拟电压信号；参考电压电路用于给D/A转换电路输入参考电压；加法放大电路用于将所述新的模拟电压信号转换为第一预设范围的偏置电压，输出至电光调制器的直流偏置电压输入接口。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置，其特征在于，所述加法放大电路包括双通道放大器，其中，通道一设计为加法电路，通道二设计为放大电路；所述加法电路的反相输入端与D/A转换电路内部的定标电阻器中心抽头连接，加法电路的同相输入端与D/A转换电路的输出连接，加法电路对输入信号进行加法运算，得到第二预设范围的电压信号；通过通道二的放大电路进行运算放大，得到第一预设范围的偏置电压。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置，其特征在于，所述第二预设范围取
‑
2.5V～2.5V，第一预设范围取
‑
15V～15V。4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置，其特征在于，第一跨阻放大电路输出的电压信号与第二跨阻放大电路输出的电压信号具有同频、同相位的特性，且第二跨阻放大电路输出的电压信号是第一跨阻放大电路输出的电压信号的整数倍。5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的电光调制器偏置电压在线控制装置，其特征在于，所述FPGA控制器...
【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞艳，杨潇君，潘亮，郑轩，杜瑞，梅影，赵晨，
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：
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