CN210182775U - 一种基于tdlas的激光器调制驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于TDLAS的激光器调制驱动电路，包括MCU电路、与MCU电路通信连接的高频载波电路和低频扫描电路、直流偏置电路和信号叠加电路；所述高频载波电路，用于产生高频正弦波信号；所述低频扫描电路，用于产生低频锯齿波信号；所述直流偏置电路，用于产生直流偏置信号；所述信号叠加电路，用于将高频正弦波信号、低频锯齿波信号和直流偏置信号进行叠加输出驱动信号。本实用新型结构简单、抗干扰能力强、稳定性高、测量精度高、成本低。
Description
技术领域
本实用新型属于半导体激光器领域，具体涉及一种基于TDLAS的激光器调制驱动电路。
背景技术
可调谐激光二极管吸收光谱技术(TDLAS)是一种利用激光二极管的波长扫描和电流调谐特性对气体进行测量的技术，即利用可调谐半导体激光器的窄线宽和波长随注入电流改变的特性实现对分子的单个或几个距离很近很难分辨的吸收线进行测量，具有高选择性、高分辨率、高反应速度和高灵敏度等优点。
其中，激光器驱动电路的可靠性及准确性是十分关键的，它可使激光器发出的波长更加稳定，并且能够围绕气体中心波长进行扫描，使气体吸收充分，提高气体检测的精度。传统的基于TDLAS技术的激光器驱动电路在低频扫描信号上加载高频载波信号时，往往需要额外的再配置一台信号发生器，成本较高；另外，信号同步问题也不易解决，不适用于在线仪表应用；以及，现有的在线仪表中激光器驱动电路的结构较为复杂，***易受干扰、稳定性不高、测量结果不准确等。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述存在的问题和不足，提出一种基于TDLAS的激光器调制驱动电路，结构简单、抗干扰能力强、稳定性高、测量精度高、成本低。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于TDLAS的激光器调制驱动电路，包括MCU电路、与MCU电路通信连接的高频载波电路和低频扫描电路、直流偏置电路和信号叠加电路；
所述高频载波电路，用于产生高频正弦波信号；
所述低频扫描电路，用于产生低频锯齿波信号；
所述直流偏置电路，用于产生直流偏置信号；
所述信号叠加电路，用于将高频正弦波信号、低频锯齿波信号和直流偏置信号进行叠加输出驱动信号。
进一步地完善上述技术方案，还包括3路电压跟随电路，分别设置在直流偏置电路、高频载波电路和低频扫描电路的后级，每路电压跟随电路的输出分别连接至信号叠加电路的输入。
进一步地，电压跟随电路采用OPA2188AIDR运算放大器构成电压跟随器。
进一步地，直流偏置电路采用OP07CDR运算放大器构成，用于输出幅值可调的直流信号。
进一步地，高频载波电路采用型号为AD9833BRMZ的DDS芯片构成。
进一步地，低频扫描电路采用DAC8830ID芯片构成。
进一步地，信号叠加电路采用OPA2188AIDR运算放大器构成加法器。
进一步地，还包括驱动放大电路，用于将信号叠加电路输出的驱动信号放大后输出。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过直流偏置信号、高频正弦波信号和低频锯齿波信号的叠加来构成驱动信号，减少了***干扰，提高了***运行的可靠性；高频正弦波信号和低频锯齿波信号通过MCU电路和特定的功能芯片来产生，无需额外的信号发生器，结构简单、成本低；同时，分别在直流偏置电路、高频载波电路和低频扫描电路的后级设置电压跟随电路，以降低3种信号发生电路的输出阻抗，提高带载能力。
附图说明
图1为本实用新型电路结构框图；
图2为图1中MCU电路的部分电路图；
图3为图1中高频载波电路的电路图；
图4为图1中低频扫描电路的电路图；
图5为图1中直流偏置电路的电路图；
图6为图1中3路电压跟随电路的电路图；
图7为图1中信号叠加电路的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加清楚，下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。
实施例1：
本实用新型提供的一种基于TDLAS的激光器调制驱动电路，如图1所示，包括MCU电路、与MCU电路通信连接的高频载波电路和低频扫描电路、直流偏置电路和信号叠加电路；
所述高频载波电路，用于产生高频正弦波信号；
所述低频扫描电路，用于产生低频锯齿波信号；
所述直流偏置电路，用于产生直流偏置信号；
所述信号叠加电路，用于将高频正弦波信号、低频锯齿波信号和直流偏置信号进行叠加输出驱动信号。
还包括3路电压跟随电路，分别为第一跟随电路、第二跟随电路和第三跟随电路，分别设置在直流偏置电路、高频载波电路和低频扫描电路的后级，每路电压跟随电路的输出分别连接至信号叠加电路的输入。
还包括驱动放大电路，用于将信号叠加电路输出的驱动信号放大后输出，以驱动激光器。
如图2所示，MCU电路采用STM32F103ZET6芯片，内核是32位的Cortex-M3CPU，其FLASH512K，SRAM64K；有3组可配置SPI通讯通道，其中，SPI1通道用于MCU与DDS芯片的通讯，SPI2通道用于MCU与DAC芯片的通讯。
如图3所示，高频载波电路包括外部时钟电路U12和型号为AD9833BRMZ的DDS芯片U11，DDS芯片U11的供电范围为2.3V～5.5V。具体连接方式为：外部时钟电路U12的3脚连接DDS芯片U11的5脚，DDS芯片U11的1脚经电容C27连接3.3V电源，DDS芯片U11的2脚接3.3V电源，DDS芯片U11的3脚经电容C25接地，DDS芯片U11的4脚接地，DDS芯片U11的6脚接STM32F103ZET6芯片的43脚，DDS芯片U11的7脚连接STM32F103ZET6芯片的41脚，DDS芯片U11的8脚连接STM32F103ZET6芯片的40脚，DDS芯片U11的9脚接地，DDS芯片U11的10脚为输出端，输出正弦波信号SINW。其工作原理为：DDS芯片U11与MCU电路通过SPI通信，使其输出频率和相位可调的正弦波信号。DDS采用外部有源晶振为20MHZ，通过单片机操作DSS寄存器输出频率为源晶振频率的1/3倍，这样可有助于信号叠加确保不失真。当输出频率为20KHz时，其幅值为600mV。
如图4所示，低频扫描电路采用DAC8830ID芯片U14构成，具体电路连接方式为：DAC8830ID芯片U14的1脚为输出端，输出信号为锯齿波信号LFSW；DAC8830ID芯片U14的2脚接地，DAC8830ID芯片U14的3脚连接基准电压源2.5V，DAC8830ID芯片U14的4脚连接STM32F103ZET6芯片的73脚，DAC8830ID芯片U14的5脚连接STM32F103ZET6芯片的74脚，DAC8830ID芯片U14的6脚连接STM32F103ZET6芯片的76脚，DAC8830ID芯片U14的7脚接地，DAC8830ID芯片U14的8脚接3.3V电源。其工作原理为：采用DAC8830ID芯片，芯片采用5V电源供电，基准电压源为2.5V，输出电压0～2.5V可调，通过MCU电路的SPI操作其寄存器来改变输出锯齿波电压。
如图5所示，所述直流偏置电路采用OP07CDR运算放大器构成，用于输出幅值可调的直流电压信号。具体电路连接方式：运算放大器U13A的4脚接-15V电源，运算放大器U13A的8脚接+15V电源，运算放大器U13A的3脚分别连接电阻R45和R48的一端，电阻R45的另一端接地，电阻R48的另一端接基准电压源2.5V，运算放大器U13A的2脚连接电阻R47接地，运算放大器U13A的1脚和2脚之间设置有可变电阻R57，运算放大器U13A的1脚为输出端，输出信号为直流偏置电压信号DCS。其工作原理为：通过将基准电压源2.5V经过分压后进运算放大器U13A放大0-5倍数电压来偏移信号位置，通过调节可调电阻来改变电压大小以改变位移。
如图6所示，电压跟随电路采用OPA2188AIDR运算放大器构成电压跟随器，具体连接方式为：OPA2188AIDR运算放大器的同相输入端为信号输入端，OPA2188AIDR运算放大器的输出端与反相输入端连接，OPA2188AIDR运算放大器的4脚连接-15V电源，OPA2188AIDR运算放大器的8脚连接15V电源；直流偏置电路的输出DCS、高频载波电路的输出SINW和低频扫描电路的输出LFSW分别连接至3路电压跟随电路的信号输入端，3路电压跟随电路的输出端输出相应的信号。其工作原理为：采用OPA2188AIDR运放，运放供电电压为±15V，通过电压跟随电路降低3中信号发生电路的输出阻抗，提高带载能力。
如图7所示，信号叠加电路采用OPA2188AIDR运算放大器构成加法器，具体连接方式为：直流偏置电压信号DCS、高频载波信号SINW和低频扫描信号LFSW分别通过电阻R52、R51和R50连接至运算放大器U18A的同相输入端，运算放大器U18A的同相输入端连接电阻R53接地，运算放大器U18A的反相输入端并联连接电阻R54、R55和R56，运算放大器U18A的输出端与反相输入端之间设置有电阻R49，运算放大器U18A的输出端连接电压跟随器U18B的同相输入端，电压跟随器U18B的输出端串联连接电阻R41和R39接地，电阻R39两端并联设置电容C35，电阻R41和R39的连接端为驱动信号输出端JMDO2。其工作原理为：信号叠加电路采用OPA188AIDR，通过加法电路将三个信号叠加到一起，当将正弦载波输入的电阻R51提高原来10倍叠加后进运放扩大4倍产生信号跟随后输出，通过示波器可明显看到输出的0～2.5v调制驱动信号。
以上仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：包括MCU电路、与MCU电路通信连接的高频载波电路和低频扫描电路、直流偏置电路和信号叠加电路；
所述高频载波电路，用于产生高频正弦波信号；
所述低频扫描电路，用于产生低频锯齿波信号；
所述直流偏置电路，用于产生直流偏置信号；
所述信号叠加电路，用于将高频正弦波信号、低频锯齿波信号和直流偏置信号进行叠加输出驱动信号。
2.根据权利要求1所述的基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：还包括3路电压跟随电路，分别设置在直流偏置电路、高频载波电路和低频扫描电路的后级，每路电压跟随电路的输出分别连接至信号叠加电路的输入。
3.根据权利要求2所述的基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：电压跟随电路采用OPA2188AIDR运算放大器构成电压跟随器。
4.根据权利要求1所述的基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：直流偏置电路采用OP07CDR运算放大器构成，用于输出幅值可调的直流信号。
5.根据权利要求1所述的基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：高频载波电路采用型号为AD9833BRMZ的DDS芯片构成。
6.根据权利要求1所述的基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：低频扫描电路采用DAC8830ID芯片构成。
7.根据权利要求1所述的基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：信号叠加电路采用OPA2188AIDR运算放大器构成加法器。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的基于TDLAS的激光器调制驱动电路，其特征在于：还包括驱动放大电路，用于将信号叠加电路输出的驱动信号放大后输出。
Priority Applications (1)
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| CN201921168405.0U CN210182775U (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种基于tdlas的激光器调制驱动电路 |
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| CN201921168405.0U CN210182775U (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种基于tdlas的激光器调制驱动电路 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113097862A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-07-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种驱动信号发生装置 |
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2019
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