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可调谐半导体激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,简称TDLAS)由于灵敏度高、响应速度快等特点在气体检测领域得到了广泛的应用。但该技术中使用的半导体激光器对温度十分敏感,微小的温度变化将会使半导体激光器出光频率产生偏移,严重影响TDLAS系统的准确性。因此设计高精度的温控系统尤为重要。本课题针对TDLAS系统对半导体激光器温度稳定性的要求,设计了全数字温控系统。通过高灵敏度温度检测电路采集激光器温度,经A/D转换后输入FPGA中通过数字PID算法计算温度的控制量,在PWM驱动器和外部电流驱动电路作用下对热电制冷器(Thermo-electric Cooler,简称TEC)进行控制。考虑到半导体激光器内部温控系统降温能力不足,设计了基于TEC的两级温控系统。通过对所设计温控系统的初步测试,本文分析出激光器温度的稳定性受到PWM驱动器输出分辨率影响。因此研究了 FPGA中PLL的基本原理与动态相移技术,并设计了基于动态相移技术的PWM驱动器,在满足输出PWM频率的同时,将分辨率提升到了 16bit。同时对所设计的FPGA逻辑进行仿真验证,分别进行了功能仿真与布局布线后仿真。仿真结果显示,FPGA片上布线延时误差与电路门延时误差会对本文设计高分辨率PWM驱动器产生严重的影响。将基于动态相移技术的PWM驱动器结合所设计的两级温控系统应用到实际TDLAS系统中进行测试,分别进行了温度控制范围测试、温控系统抗环境干扰能力测试和温度稳定性测试。实验结果证明,本课题设计的TDLAS温控系统控温范围可以达到15℃～35℃,对外界环境温度波动有一定的抗千扰能力并且温度长期稳定性为1m℃pp,同时也验证了基于动态相移技术的PWM驱动器设计对本课题温控系统的有效性。