基于FPGA的DFB激光器驱动电路的设计

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分布反馈式(DFB)激光器是一种典型的波长可调谐的激光器,是气体浓度检测中的常用光源。其最大特点是具有非常好的单色性以及非常高的边摸抑制比(SMSR,>40-50dB)。在气体浓度的检测中,与一般的检测方法相比,波长调制方法是将正弦波信号叠加三角波信号驱动激光器,利用二次谐波幅度表征气体浓度,输出端检测正弦信号的二次谐波,可使检测灵敏度比直接吸收方法高2-3个量级。而在该技术中,为了使DFB激光器的波长与气体的吸收峰值相互匹配,必须对其波长进行精确调谐。因此,研究DFB激光器驱动电路具有实用价值。首先,本论文介绍了DFB激光器的工作原理,研究了激光器驱动电路的基本设计思想。重点介绍了可调谐半导体激光吸收谱技术(TDLAS)和波长调制法,提出了依据波长调制法设计激光器驱动电路的总体方案。其次,本论文以ATmega16单片机为核心,设计了驱动电路硬件原理图。DDS系统产生的三角波与正弦波将完成波长扫描和波长调制,由于正弦波和三角波需要叠加,因此,设计了一种同向加法电路。同时,设计了一款基于OP37的压控恒流源电路,完成对激光器的恒流驱动。此外,还设计了按键电路、显示电路和通信电路等。接着,设计了系统软件。首先利用现场可编程门阵列(FPGA)设计直接频率合成器(DDS),结合Quartus II软件对DDS做了仿真。通过频率控制字来调节DDS的输出频率,同时改变ROM中的存储数据可获得所需的任意波形。最后,作为论文的实验环节,采用VHDL语言编写了系统程序,结合Quartus II软件下载至ALTERA公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8中,产生了频率为20kHz的正弦波信号以及频率为20Hz的三角波信号。利用模拟负载开展了实验,结果显示,驱动电路产生的恒定电流范围在20mA-100mA。
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