[发明专利]闭环数字式LD激光器驱动电路

说明书

技术领域

本项发明涉及精密光电检测技术，具体涉及一种闭环数字式LD激光器驱动电路。

背景技术

在精密光电检测领域中，光源的微小波动会引起被测量的较大偏移，从而产生较大的测量误差。如在原子吸收特性检测中，常常需要检测特定波长的光波经吸收后的光功率前后对比。在这种情况下，对于光源稳定性的要求非常高，达到0.1％。稳定光源在光纤测量中像电子电路测试时用荡器作为信号源一样，要求发出高稳定、光功率可调的光信号。稳定光源是急待开发的光纤系统测试仪器中的一种重要的基础设备。国内一些学者对稳定激光光源作了一些研究。有的设计方法使激光器注入电流稳定，并配合使用温控电路。这种方法虽然对稳定性有一定提高，但对其它影响因素缺乏考虑，不是一种闭环的控制系统。有的对光功率的调节只使用模拟的积分调节，由于积分控制对稳态误差的消除作用是靠对误差的积累产生的，故反映不灵敏，且会使系统稳定裕量下降，超调增大，一般不单独使用。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是，提供一种控制精度高、功耗低的闭环数字式LD激光器驱动电路。

本发明的闭环数字式LD激光器驱动电路包括有可获得待测二极管监测电流的PD监测模块，PD监测模块经差分放大模块和A/D转换电路后接入单片机；单片机可对二极管监测电流转换的电压量与监测电压参考值进行比较并产生电压偏差信号，再对偏差信号进行PID运算；单片机的运算结果数据经过D/A转换电路及电压/电流转换模块后，输出到LD驱动电路。

本发明采用采用单片机控制，将光电二极管的监测电流经差分放大后变成一个电压量，经高精度A/D转换器采样量化后送入单片机，经单片机运算处理后，单片机直接驱动可编程电流源输出电流驱动LD工作。该电路将经典PID控制理论融入激光二极管功率控制中，采用数字调节方式，初始驱动电流(LD输出功率)可设置，最小电流可调量小，调节精度高，最大驱动电流可变。将该驱动电路与温度控制电路配合使用(LD的阈值电流和输出功率受工作温度的影响较大)，可使激光二极管输出功率高度稳定且可调。

附图说明

图1是本发明的系统原理框图；

图2是本发明的差分放大模块的电路图。

具体实施方式

一、驱动电路设计

1激光二极管封装及参数

常见激光二极管封装有两种形式：共阳极与共阴极型。LD和监测激光器背向输出光功率的PIN光电二极管封装在一起。这里，LD采用SANYO655nm红光激光二极管，封装形式为共阳极(LD的正极与PD(光电二极管)的负极连接在一起)。LD最大输出光功率为30mW，阈值电流为40mA(25℃)，工作电流最大为110mA。PD的监测电流Im与激光器的输出功率P0在温度不变的情况下成线性关系，这为后面控制电路的设计提供了依据。

2电路原理

光电二极管的监测电流经差分放大后变成一个电压量，经高精度A/D转换器采样量化后送入单片机，与单片机内监测电压参考值(在设定功率条件下，监测电流经差分放大后变成的电压量的数字表示)之间作差，产生电压偏差信号；再对偏差信号进行PID运算，运算结果经D/A转换及电压-电流(V-I)变换后，成为LD的驱动电路。PID调节是为了使激光二极管输出功率稳定。这种单片机闭环控制系统框图如图1所示。

3电路模块选型及计算

3.1差分放大模块

由图2可见，其电路监测电流很小，尤其当激光器输出功率＜10mW时。该电路采用德州仪器公司生产的超低偏置电流(≤75fA，fA＝10～15A)单片运算放大器OPA128，由于输入级采用介质隔离的场效应管组成，并改进了输入晶体管的几何图形，使得它具有独特的电气性能。OPA128由于其独特的性能，因而非常适合于传统上采用真空静电计管所组成的静电计级运算放大器方面的应用，如静电计、质谱仪、色谱仪、电荷放大器、离子测量、光电检测、高能射线仪器等^{错误！未找到引用源。}。这些应用的特殊之处在于它们具有极高的源阻抗、低噪声和超低偏置电流的特性，从下面给出的OPA128技术指标可以看出，它完全能满足这方面的特殊要求。

OPA128的主要技术指标：

输入偏置电流＜±75fA

输入失调电压＜±500μV

差模输入阻抗1013//1pF

共模输入阻抗1015//2pF

开环电压增益＞110dB