[发明专利]基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制及校准方法

说明书

本发明属于光学控制领域，提出了一种基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制系统及校准方法，该系统包括：SoC FPGA片上硬核协同处理芯片、DDS正弦信号发生器模块、三路线性加法器、高精度低纹波的可调恒压源、电光调制器、光电探测器、锁相放大器和DA转换模块。本发明一种基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制器，系统整体效率较高，提供了一种结构灵活的基于片上硬核协同处理控制器，有效的提高了电光调制器的运行稳定性与输出功率精度，可广泛应用于光学控制研究领域。

技术领域

本发明涉及光电控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制系统及校准方法。

背景技术

近30年，光电检测技术在医疗健康、食品安全检测、自然环境监测和相干光纤通信等关系国计民生的领域应用愈发广泛，其技术应用的核心即为电光调制器。然而，由于电光调制器 (Electro-Optic Modulator)的材料构成为铌酸锂晶体(LiNbO₃)、砷化镓晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTaO₃)，其构成材料易于受到环境温度的影响，且在使用的过程中，电光调制器内部晶体的折射率随着电场强度而变化，以及供电电压的误差，致使电光调制器的偏置电压存在一定的偏移，由此降低了电光调制器的调制精度和整个系统的工作稳定性。基于SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制系统在偏置电压的漂移检测和平衡调整方面具有显著的优越性，并相对于传统的 ARM或者FPGA监测控制系统，异构架构的SoC FPGA具有更为强劲的计算和控制能力，既具有ARM处理器的灵活高效的数据计算和事件处理能力，同时又集成了FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)的高速并行处理优势，相对于推广多年的SoPC (System on Programmable Chip，片上可编程系统)，SoC FPGA架构通过硬核处理器系统和片上可编辑逻辑单元搭配可以节约更多的逻辑资源，并且可以进行更高速高效的运算，具有更佳的灵活性。

现已知的电光调制器偏置电压控制系统中，尚没有基于异构架构的SoC FPGA的偏置电压控制系统，而主流控制系统是基于Stm32系列，其控制部分运行速度为8MHz左右，其余的控制系统最高运行在50MHz系统中，本系统基于异构架构的SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制的片上可编程逻辑模块运行在100MHz的系统中，片上硬核协同处理器运行在100Mhz的高速系统中，极大的降低了可编程逻辑模块的资源占用率，可有效提高光电通信的稳定性和准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于SoCFPGA的电光调制器偏置电压控制系统及校准方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于 SoC FPGA的电光调制器偏置电压控制系统，包括：SoC FPGA片上硬核协同处理芯片、DDS正弦信号发生器模块、三路线性加法器、高精度低纹波的可调恒压源、电光调制器、光电探测器、锁相放大器和DA转换模块；

其中，SoC FPGA片上硬核协同处理芯片的DDS正弦信号发生器模块连接DA转换模块，将产生的DDS正弦信号进行数模转换，转换为模拟信号，输入三路线性加法器的第一输入端；通过可调恒压源产生基准电压，并输入三路线性加法器的第二输入端；三路线性加法器的输出接入到电光调制器偏置电压输入端，将电光调制器的输出光信号输入到光电探测器，光电探测器的输出结果输入锁相放大器的检测输入端，锁相放大器的同步输入端连接DA转换模块，锁相放大器的输出端连接三路线性加法器的第三输入端。

其中，DA转换模块和三路线性加法器的第一输入端之间设置一滤波电路，以对DA转换模块输入到三路线性加法器的第一输入端的模拟信号进行低频滤波。

其中，DA转换模块为16bit高精度双极性DA转换模块DAC8562。