[实用新型]一种应用于DTS的APD反向偏压产生电路

说明书

本实用新型公开了一种应用于分布式光纤测温系统(DTS)的雪崩光电二极管(APD)反向偏压产生电路，其包括主控MCU，数模转换芯片DAC，高压运放，升压DCDC模块，直流偏置电压产生电路和限流保护电路；MCU控制DAC产生高精度的低电压控制信号，将该低电压控制信号与直流偏置电压电路产生的偏置电压一同由高压运放进行线性放大产生所需范围的高精度、低噪声APD反向偏压；升压DCDC模块用来生成高压运放所需的高电源电压，其使能管脚受主控MCU控制，当监测到系统工作异常时可控制其关断，同限流保护电路一起实现对APD的保护。该电路产生的高质量反向偏压可提高光电转换信号的信噪比，该电路简单实用，可实现高性能、低成本、高可靠性相结合。

技术领域

本实用新型涉及分布式光纤测温系统技术领域，特别涉及光电转换器件雪崩光电二极管的反向偏压产生电路。

背景技术

分布式光纤测温系统(DTS)是一种基于光纤的后向自发拉曼散射效应和光时域反射OTDR技术来实现的温度测量系统，可以实时探测光纤沿线空间的物理量变化情况。DTS具有抗电磁干扰、探测距离广、可靠性高等优点使得其在地铁隧道、智能电网、输油管道等领域具有很好的应用价值。

由于雪崩光电二极管(APD)的内部电流增益特性，APD常被用作DTS中实现微弱散射光信号转换为电信号的关键器件。APD增益稳定性关系到光电转换信号的质量，而APD的增益与其温度及所加的反向偏压有关。目前APD增益稳定控制方法有两种，一是温度控制法，即通过加热或制冷对APD进行恒温控制；另一种是偏压控制法，根据APD的实时温度调整所加的反向偏压，以补偿环境温度变化引起的APD增益变化。由于温度控制法精度不高、功耗大等缺点目前多采用偏压控制法，后者中如何产生高稳定、高精度、低噪声的高电压反向偏压(几十伏)是关键。

现有技术中多采用升压DCDC芯片直接生成APD所需反向偏压的方法，但选用通用的升压DCDC芯片输出电压纹波比较大，而APD专用升压芯片价格又比较高。使用升压DCDC芯片直接生成反向偏压方法比较容易引入电源干扰，对PCB布局要求也比较高。

此外，APD作为实现光电转换的核心器件其价格也比较高，所加的反向偏压过大或者被检测光信号功率异常增大时都会烧毁APD，造成不可逆损失，如何对其进行保护也是很重要的一环。

发明内容

针对以上问题，本实用新型提供一种应用于DTS的APD反向偏压产生电路，产生高质量的反向偏压可提高光电转换信号的信噪比，该APD反向偏压产生电路简单实用，可实现高性能、低成本、高可靠性相结合。

本实用新型采用的技术方案是：

该方案中主要包括主控MCU，数模转换芯片DAC，高压运放，升压DCDC模块，直流偏置电压产生电路和限流保护电路；MCU控制DAC产生高精度的低电压控制信号，将该低电压控制信号与直流偏置电压产生电路产生的直流偏置电压一同由高压运放线性放大，经过限流保护电路后，产生所需范围的高精度、低噪声反向偏压。

该方案中升压DCDC的输出作为高压运放所需的高电源电压，利用高压运放的电源抑制比特性可降低对升压DCDC输出的要求，因此选用通用升压电源芯片即可。升压DCDC芯片使能管脚受MCU控制，当监测到系统工作出现异常时，MCU可控制该电源芯片关断，使得无反向偏压输出，实现对APD的保护。

该方案中的高压运放设计成同相比例相加器电路，使DAC输出信号与高压运放输出成正相关关系，保证上电瞬间或者DAC突发异常输出为0时反向偏压输出最小值，实现对APD的保护；直流偏置电压产生电路的输出、DAC的输出和高压运放放大倍数共同决定着高压运放的输出范围。

该方案中的MCU通过SPI接口与12位的数模转换芯片相连。

该方案中的DAC及高压运放均使用双通道芯片，相对于直接使用两个APD专用升压DCDC芯片具有低成本的优势。