基于FPGA的激光驱动系统研究与设计

【摘要】随着信息科学技术的飞速发展,国内主干网实现了宽带化、数字化和光纤化,但用户接入网发展十分缓慢,成为制约互联网发展的瓶颈障碍。半导体激光器的发展成为解决这一问题的关键,所以半导体激光驱动系统的设计也逐渐受到人们的重视。本文利用FPGA设计的半导体激光驱动系统,采用数字自动功率控制弥补了模拟自动功率控制方式的不足,提高了控制精度,实现了对半导体激光器输出光功率的有效控制。论文首先分析了目前国内外半导体激光驱动系统发展现状及趋势,对半导体激光器工作原理和调制特性进行了充分研究。在此基础上设计了半导体激光器驱动系统。针对半导体激光器驱动电路采用模拟控制方式的不足,提出了利用数字自动功率控制来实现半导体激光器输出光功率的稳定,主要以FPGA最小系统及MAX3643为外围主要电路设计了整个驱动系统。在充分吸收国外自动功率控制算法思想的基础上,结合经典PID控制理论,在APC(数字自动功率控制)电路中设计了伪二进制搜索算法和数字积分器电路。为满足系统突发开启时间和系统抖动的要求,设计了数字PID控制器。利用伪二进制搜索作为比例环节,缩短了系统建立时间。数字积分器作为积分环节实现对半导体激光器的有效控制,减小系统抖动,提高控制精度。并利用Verilog-A进行了系统仿真验证。通过仿真验证,在偏置电流1～70mA、调制电流10-80mA变化时都能实现输出光功率的稳定且工作速率可以达到1.25GHz以上,所设计的系统满足系统性能要求,给出了仿真结果。最后对整个FPGA驱动系统进行了硬件电路板设计,通过模块化的设计,简化了硬
【作者】雷红萍；
【导师】路青起；陈德光；
【作者基本信息】西安工业大学，控制工程，2014，硕士
【关键词】semiconductorlaser；FPGA；digitalPIDcontroller；digitalautomaticpowercontrol；Verilog-A；

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