声表面波射频识别系统的FMCW信号源设计

频率调制连续波(FMCW)的产生(即FMCW信号源)是声表面波射频识别系统频域采样阅读器的重要组成部分。为了满足扫频速度、带宽和线性度等要求,采用直接数字频率合成器(DDS)与锁相环(PLL)混频,并结合IQ调制的方式设计了超高频FMCW信号源。实际制作了信号源电路,DDS芯片输出I、Q两路正交信号,并分别以差分形式传输至IQ调制芯片进行上变频。测试了DDS输出信号的差分、正交特性,分别对信号源产生的单频信号和扫频信号进行了测试。最后搭建系统对声表面波标签进行测试。测试结果表明信号源设计的有效性。     

半导体激光器高频调制技术

文中详细介绍了一种半导体激光器高频调制的设计方案并给出了实验结果,设计了基于直接数字合成技术的高精度三频调制信号产生电路,同时该电路还为后续差频测相提供高稳定的本振信号;该方案能实现对半导体激光器150kHz,15MHz,150MHz三个频点的电流调制,消除了温度对激光器调制特性的影响,在各个频点均达到了很高的频率稳定性,并能实现测尺频率的迅速切换,为相位法激光测距测程和精度的进一步提高奠定了良好的基础.     

基于频率调制连续波的干涉型光纤声传感器信号检测技术

针对光纤干涉仪存在的相位衰落问题,讨论了基于正弦波形的频率调制连续波(FMCW)和锯齿波FMCW两种干涉型光纤声传感器的信号检测原理,并给出了数字化信号解调方案。采用7.5 m臂差的光纤声传感器和具备调频功能的半导体激光器,对10 kHz正弦波FMCW和锯齿波FMCW两种调频方式进行了信号解调实验对比。解调结果表明,两种调制解调方案均能稳定检测出加在声传感器上的模拟声信号,消除了光纤干涉仪的相位衰落。但在实际工程应用中,与正弦波FMCW检测方案相比,锯齿波FMCW方案无需检测混频信号的初始相位,检测灵敏度高且稳定,算法实现更为简单,而且使用不同臂差的光纤传感器可实现传感器的频分复用。     

用于连续波腔衰荡法测量的LD驱动电路设计

为了将半导体激光器应用于连续波腔衰荡法腔损耗测量,设计了半导体激光器的驱动电路.该电路由调制、驱动、温控等模块组成,在采用多光束干涉理论对连续波腔衰荡法测量原理进行分析和数值模拟的基础上,提出了驱动电路各模块的参数要求,对该电路各参数进行测试后,应用该电路建立了连续波腔衰荡法腔损耗测量系统,并进行了实验.经测试得知,在保证半导体激光器安全工作的前提下,该电路对于半导体激光器的关断时间约为60ns,对半导体激光器的温度控制精度优于0.01℃;对某单程腔损耗约为50×10-6的衰荡腔测试表明,腔损耗测量精度优于1%.结果表明,该电路达到理论设计要求,可应用于高精度腔损耗测量.     

应用于智能驾驶的77GHz毫米波汽车雷达收发机芯片

针对未来智能驾驶和无人驾驶对毫米波传感器多模式、多场景感知需求,设计并实现了一种77GHz多模毫米波雷达收发机芯片。芯片采用65nm CMOS工艺,集成了3路雷达发射机和4路接收机、调频连续波（FMCW）波形发生器、模数转换器以及高速数据接口等电路。利用交叉耦合中和电容技术提升了CMOS工艺上毫米波低噪声放大器、毫米波片上功放等电路性能,采用两点调制锁相环技术提升了FMCW信号带宽和调制速率。收发机的发射功率、波形样式、接收增益和带宽等参数具有较好的可配置性,满足未来多模式、小型化和低成本汽车雷达传感器需求。芯片测试结果显示,在76～81GHz频率范围内,接收机实现50dB的增益控制,最小噪声系数11dB,FMCW信号调频带宽达4.2GHz,调制速率达233MHz/μs,线性度优于0.1%,－45～+125℃全温范围内发射机典型输出功率大于13dBm。     

调制型半导体激光器恒流驱动电路设计

半导体激光器驱动电流的微小变化将直接导致其输出光强的波动。为实现半导体激光器的稳定功率输出,基于电压负反馈原理设计了包含软启动和限流保护电路的恒流驱动电路;同时针对为消除背景光的影响而对光源进行调制的需要,设计了包括晶体振荡电路和分频电路的集成激光器调制电路。制作具体电路并完成了相关实验。实验结果表明该电路能够提供高稳定度的驱动电流,电流稳定度达0.05%;软启动和限流保护电路可保护半导体激光器并提高其抗冲击能力。调制电路产生半导体激光器调制所需的载波信号并直接完成输出光调制,通过开关可方便地实现从256 Hz～512 kHz范围内12种常用调制频率的选择。     

基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法

为了解决调频连续波(FMCW)激光器调制非线性导致的测量信号频谱展宽降低激光干涉测距精度的问题, 采用一种基于等光频细分重采样的调频干涉测距方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了双光路测距系统对不同位置目标信号等光频细分重采样后的波形数据, 并进行了频谱分析。结果表明, 通过等光频细分重采样的方法, 使用细分后的时钟信号点对距离大于辅助干涉光路光程差的目标测量信号进行重采样, 消除了激光器的调制非线性的影响, 并且避免了采样点数不足引起信号失真的问题; 在4.3m测量范围内, 等光频细分重采样测距系统与激光干涉仪相比最大残余误差不超过±18.46μm, 最大测量标准差为23.39μm; 该方法使用的辅助干涉光路光程差很短, 受环境的影响较小, 可以获得稳定的时钟信号, 并且可以减少双光路FMCW测距系统的体积与成本。该研究为长距离、高精度调频连续波测量提供了实用参考。     

单激光器复用法提高调频连续波激光测距分辨率

可调谐激光器的调制线性度和调制范围是限制调频连续波激光测距测量分辨率的主要因素.利用单个调制范围较小的可调谐激光器对单个目标进行调频连续波激光测距时,对目标进行多次测量,再将经过等光频间隔采样的信号进行信号融合可以达到提高测量分辨率的目的.该方法可以有效降低调频连续波激光测距对激光器调制范围的要求,且容易实现、系统组成简单,有利于将调频连续波激光测距引入工业大尺寸测量、空间技术、测绘等领域.     

以半导体激光器线性频率调制为基础的距离测量

给出一种以频率调制连续波(FMCW)技术为基础的进行无接触、无累加误差和较大动态范围距离测量方法.由可调谐半导体激光器产生一个啁啾信号,通过测量拍信号频率计算距离.用商用GaAlAs激光器组成的测量系统的动态范围为1m,测距精度达10-3.     

一种基于电荷泵锁相环的快速啁啾发生器

调频连续波(FMCW)雷达常用于测量多个目标的距离和速度,被广泛用于自动驾驶场景中。FMCW雷达产生的线性调频波称为啁啾(Chirp),通常由锁相环(PLL)电路产生。由于带宽有限,传统锯齿啁啾下降时间过长,降低了雷达性能。文章提出了一种基于分段电流电荷泵的快速啁啾发生器设计方案。调频阶段采用最佳电荷泵电流,即最优环路带宽,可保证啁啾的线性度。啁啾下降阶段使用更大的电流,可缩短下降时间。仿真结果表明,啁啾发生器频率输出范围为19.25～20.25 GHz, 1.2 V电压下整体功耗为31.8 mW。PLL带宽为1.5 MHz时,锯齿形啁啾下降的最大调制速率为454 MHz/μs。与恒定电荷泵电流方式相比,下降时间缩短了80%。     

An integrated circuit for multiplexing and driving injection lasers

A monolithic silicon integrated circuit has been designed to provide feedback-stabilized biasing and high-speed modulation for semiconductor injection lasers. The circuit is capable of selecting and controlling any one of a group of four lasers, and in the event of laser darkening it automatically switches to a replacement laser. The laser driver consists of a high-speed modulator and a feedback loop that incorporates the selected laser and an external backlight photodetector. The feedback controls the bias current of the laser so as to stabilize its light output against variations due to aging, replacement, or environmental changes. The feedback loop itself is compensated to allow arbitrary variation in the duty cycle or frequency of the modulation signal. Prototypes of the laser driver have been integrated in a junction-isolated bipolar technology. The integrated circuit is capable of supplying bias currents of 500 mA and modulation currents as high as 100 mA. At lower currents, modulation rates in excess of 100 Mbits/s have been achieved.     

基于LDMOS的可调窄脉冲半导体激光器驱动源研究

介绍了一种利用横向双扩散金属氧化物半导体(LDMOS)作为开关器件驱动激光半导体的设计方法。通过对半导体激光器驱动电路原理的分析,并结合PSPICE建立射频功率晶体管的电路模型,经过理论分析和计算从而获得更优化的驱动电路;采用高速电流反馈型运算放大器构成电流串联负反馈电路从而得到稳定的输出电流,有效地提高了窄脉冲信号的转换速率和频响特性。实验结果表明,半导体激光器输出电流脉宽20 ns-CW可调,上升和下降时间小于10 ns,幅度最高可达2 A,重复频率为0~10 MHz。实验结果验证了设计思路的可行性,进一步提高了半导体激光器的输出指标。     

基于FPGA的超短脉冲激光调制系统驱动器的研究

分析了原有超短脉冲激光调制系统驱动器存在的不足,提出了改进方案.研制的调制系统驱动器运用声光调制技术,采用了FPGA器件,代替了分立元件;在芯片内实现高频信号的产生,并且完成了射频信号分频、鉴频和鉴相以及信号调制的功能,解决了高频信号传输的难题.研制的超短脉冲激光调制系统驱动器能够输出4 M,800 k,400 k,8...     

基于MAX1968的半导体激光电源设计

作为激光器重要组成部分的激光器电源,其输出不仅要求大电流、低电压、高稳定度,而且工作脉冲频率较高(可达50 MHz)。针对此目标,设计了一种个将5 V、4 A转换为2.4 V、3.3 A恒流输出的激光器电源输出转换电路,为激光器提供稳定的电流,并通过TTL控制电路使输出频率可调。除此之外,笔者本文还讨论了一种半导体激光温度控制电路的设计方案,采用高集成、高性价比和高效率开关型驱动芯片MAX1968实现热电致冷驱动电路,能够实时监视和控制激光器温度,以稳定激光器的输出功率和波长。     

调频连续波激光引信探测系统设计

调频连续波（FMCW）激光探测技术将调频测距原理与激光的优点相结合,具有探测精度高、抗干扰能力强等优点。为验证FMCW激光探测原理和性能,设计了FMCW激光引信探测系统,包括激光发射子系统、激光接收子系统和信号处理子系统,具有FMCW激光发射、接收、信号处理和探测距离信息输出等功能。对FMCW激光引信探测系统的测距性能进行试验测试,结果表明:FMCW激光引信探测系统的最大探测距离12 m,测距误差在0.3 m以内。所设计的FMCW激光引信探测系统具有较高的探测精度,可应用于FMCW激光引信。     

High power laser diode driver based on power converter technology

This paper describes the design of a high speed semiconductor laser diode driver designed for driving 500 mW to 1.5 W diodes at full optical power modulation up to frequencies of 10 MHz. The duty cycle of the modulation may be varied. A switching power-converter based current source allows a higher power delivery efficiency to the diode than in previous designs, allowing for a more modest power supply and dissipation requirements. A dynamic ripple cancellation circuit reduces the power converter output current ripple to less than 1% of full-scale current. The circuit is capable of delivering up to 2.5 A to a laser load, with a 10-90% switching risetime from laser threshold to full on of less than 20 ns     

大功率半导体激光器驱动电源及温控系统设计

为了解决大功率半导体激光器的输出波长和功率的稳定性问题,设计了一套大功率激光器恒流驱动电源及温控系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的恒流控制,采用硬件比例-积分（Proportional-Integral,PI）温控电路结合恒流驱动,控制半导体制冷器（Thermoelectric Cooler,TEC）的工作电流,实现激光器工作温度的精确控制。所设计的驱动电源可实现输出电流0~12.5 A连续可调,同时具有电流检测、过流保护、晶体管-晶体管逻辑（Transistor-Transistor Logic,TTL）信号调制等功能。所设计的温控系统的控制精度可达到0.05℃,同时设定温度连续可调,温度可实时监测。实验结果表明该设计能够保证稳定的电流输出和温度控制,满足大功率激光器的使用要求。     

鉴相器频率对调频连续波信号线性度影响

研究了一种通过快速改变锁相环分频比产生调频连续波信号的方案,讨论了锁相环中鉴相器频率对信号线性度的影响.使用ADS进行建模仿真,通过对仿真结果的分析,得出结论,在适当小的分频比跳变间隔,可以产生精度高、线性度好的调频信号;鉴相器频率越高,产生的调频信号的调频线性度越好.     

相位调制光外差稳频信号检测技术

在高功率条件下,由于受到多种因素的影响,单频光纤激光器输出激光的谱线宽度大幅展宽,输出激光的稳定性也不高。相位调制光外差稳频（PDH）技术在高功率条件下可以实现高频率稳定性。为实现对中心波长为1 064 nm的单频光纤激光器的稳频,理论分析了PDH稳频系统的原理并搭建PDH稳频系统。实验发现100 MHz相位调制光外差信号的检测是稳频系统的关键。实验中首先利用自行设计的探测器前置放大电路,基于Si探测器,实现了信号的探测和放大;其次,设计解调电路,通过将光电转换后的信号与参考信号进行混频实现解调,得到鉴频曲线,实现对光外差信号的检测。