[發明專利]一種APD高信噪比增益自動選擇控制裝置和方法

在審

• 申請號: 202110577057.8
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113311753A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 熊顯名;張志成;張文濤;杜浩;曾啟林;徐韶華;張玉婷;趙正義
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種APD高信噪比增益自動選擇控制裝置，其特征在于：它由DC/DC升壓單元1、電壓控制單元2、雪崩光電二極管APD 3、溫度傳感器4、電壓采樣單元5、APD信號轉換單元6、信號采集單元7、FPGA單元8組成。

所述裝置中FPGA單元8連接電壓控制單元2調節DC/DC升壓單元1輸出的增益偏置電壓；

所述裝置中FPGA單元8連接電壓采樣單元5記錄當前電壓增益偏置電壓；

所述裝置中FPGA單元8連接溫度傳感器4采集當前溫度；

所述裝置中DC/DC升壓單元1提供增益偏置電壓驅動APD 3；

所述裝置中APD 3連接APD信號轉換單元6將光信號轉換為電信號；

所述裝置中信號采集單元7采集電信號送入FPGA單元；

所述裝置中FPGA單元8用于系統控制和數據計算。

2.根據權利要求1所述的APD的高信噪比增益自動選擇控制裝置中所采用的DC/DC升壓單元1，其特征是：所述單元由通常的DC/DC升壓芯片和相應的升壓電路組成，提供滿足APD增益電壓范圍的偏置電壓，其輸出電壓由參考電壓端和輸出電壓反饋電路控制。

3.根據權利要求1所述的APD的高信噪比增益自動選擇控制裝置中所采用的電壓控制單元2，其特征是：所述單元由使用DAC輸出控制電壓到DC/DC升壓單元的反饋電路中，使DC/DC升壓單元1輸出電壓受DAC控制，電壓調節的最小步長受DAC分辨率影響。

4.根據權利要求1所述的APD的高信噪比增益自動選擇控制裝置中所采用的APD信號轉換單元6，其特征是：轉換、調理信號，用于滿足信號采集單元的采集需求。

5.根據權利要求1所述的APD的高信噪比增益自動選擇控制裝置中所采用的FPGA單元8，其特征是：用于計算采集信號的頻譜、各增益點信噪比比較、記錄DC/DC升壓單元1輸出的增益電壓、獲取APD 3溫度數據、控制輸出電壓、根據實時溫度穩定APD增益。

6.一種APD高信噪比增益自動選擇控制的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)輸入所述裝置APD已知頻率特性的光強變化為單一頻率的信號；

(2)所述裝置溫度采集模塊采集APD當前溫度，并將數據發送至FPGA；

(3)所述裝置FPGA根據預設增益和當前溫度設置增益電壓初始值，所述裝置ADC實時采樣DC/DC升壓單元輸出電壓值；

(4)所述裝置通過FPGA運算獲取采集的信號的幅頻特性數據，并計算該增益點下的信號的信噪比；

(5)所述裝置電壓控制單元以預設增益初始值為中心增加/減少電壓；

(6)重復(4)、(5)步驟，至所述裝置將待測增益點測量完成，進行信噪比對比以選擇信噪比合適的增益；

(7)所述裝置發現信噪比最優的增益點，記錄該最優增益點，以用于下次增益選擇；

(8)所述裝置根據當前APD溫度與APD的溫度-偏壓特征曲線實時穩定該增益。

7.根據權利要求6所述的已知頻率特性的單頻正弦光信號，其特征在于：光強變化頻率為單一頻率，即輸入的信號的為單一頻率的正弦信號，如雙頻激光干涉測量時輸入的參考光信號光強變化頻率以及雙頻激光干涉測量時測量端靜止時輸入的光信號頻率。

8.根據權利要求6所述的預設增益，其特征在于：當前所使用的APD的理論信噪比最優的增益或上次測量的信噪比最優的增益。

9.根據權利要求6所述的電壓修改，由FPGA控制電壓控制模塊DAC修改DC/DC升壓模塊輸出的電壓，修改的步長自定。