[发明专利]一种自适应滤波的光功率检测电路及方法

说明书

本发明提出了一种自适应滤波的光功率检测电路及方法，包括一级光电二极管跨阻放大模块、二级精密放大模块、硬件可控滤波模块、模数转换模块和处理器模块。处理器通过硬件滤波和软件滤波相结合的方式实现自适应滤波，在不同系统和不同环境下，自动跟随入射光频率、自动识别并滤除噪声。处理器利用DFT(Discrete Fourier Transform离散傅里叶变换算法分析信号频谱，识别噪声频段，并通过软件滤波自动滤除噪声；根据所提取基波频率，通过I2C通信修改硬件可控滤波模块的截止频率，自动跟随基波频率。本发明采用两级精密放大模块和自适应滤波设计，能有效滤除噪声、提高了光功率检测的精度及装置的环境适应性。

技术领域

本发明涉及光电检测技术，具体涉及一种自适应滤波的光功率检测电路及方法。

背景技术

光电检测技术把光信号转变成更易于处理的电信号，进而提取光信号的信息进行分析和处理。光电检测技术广泛应用于激光通信、精密测量、工业控制、生物医学、航空航天等多个领域。例如，在激光通信中，由于通信距离和环境的影响，采集到的光信号相比于发射光的强度大大降低，微弱的输入光导致光电二极管的输出电流非常小，很容易受到环境噪声的干扰，给光功率探测增加了很大难度。

随着新型材料技术及加工工艺的进步，光电检测器件的研制得到了飞速发展。在光电检测系统中，光电二极管负责将光信号转换成电信号，对光电二极管的要求主要有以下几点：

1.足够的响应度，能输出尽可能大的光电流；

2.足够快的响应速度及带宽；

3.良好的线性度，保证光电转换的精度；

4.尽可能低的噪声；

5.较小的体积、足够的寿命等。

目前应用于光电检测的光电二极管主要分为PIN型和APD雪崩光电二极管两种。雪崩光电二极管的灵敏度高、响应速度快，但所需的驱动电压较高，且噪声较大，容易失真。PIN光电二极管的响应频率高、工作稳定、对温度的敏感度低，且供电电压较低，所以本设计选用InGaAs PIN光电二极管。光电二极管的漏电流、放大器的偏置电流、偏置电压等都会带来误差，降低信号的采集精度。环境因素及光电二极管的固有特性极易引入噪声，噪声经放大模块放大后会严重降低信号的信噪比，大大提高了光电检测的难度，对检测电路的灵敏度、精度及环境适应性有着极高的要求。光电信号的检测电路及放大电路的性能，对整个系统的性能有着重要的影响。

发明内容

本发明在现有技术的基础上，引入硬件可控滤波模块和软件自适应滤波算法，通过硬件滤波和软件滤波相结合的方式实现自适应滤波，提出了一种自适应滤波的光功率检测电路及方法，在不同系统和不同环境下有效抑制噪声、提高光电检测精度、提高检测电路的环境适应性。

一种自适应滤波的光功率检测电路，包括一级光电二极管跨阻放大模块、二级精密放大模块、硬件可控滤波模块、模数转换模块和处理器模块；

所述的二级精密放大模块接于所述的一级光电二极管跨阻放大模块的输出端，所述的硬件可控滤波模块接于所述的二级精密放大模块输出端，所述的模数转换模块接于所述的硬件可控滤波模块输出端，所述的处理器模块接于所述的模数转换模块输出端。

作为优选，所述的一级光电二极管跨阻放大模块包括光电二极管、跨阻放大器、第一电阻、第一补偿电容、第二电阻；

所述的光电二极管阴极接电源电压，阳极接所述的跨阻放大器反向输入端，所述的跨阻放大器正向输入端接地；所述的第一电阻一端接所述的跨阻放大器反向输入端，另一端接所述的跨阻放大器输出端；所述的第一补偿电容一端接所述的跨阻放大器反向输入端，另一端接所述的跨阻放大器输出端；所述的第二电阻一端接所述的跨阻放大器输出端，另一端作为所述的一级光电二极管跨阻放大模块的输出端。

作为优选，所述的二级精密放大模块包括第三电阻、精密运算放大器、第四电阻和第二补偿电容；