專利名稱：一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掃頻光學(xué)相干層析成像及光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
掃頻光源是在時(shí)域上分時(shí)輸出不同波長單色波的光源，它通過窄帶波長濾波器的快速掃描，在某一時(shí)刻只將某一固定波長的單色波從寬帶光譜中解析出來，以實(shí)現(xiàn)快速、窄瞬時(shí)線寬及線性的寬帶掃頻輸出，可廣泛用于光學(xué)相干斷層成像(Optical CoherenceTomography，簡稱OCT)及光纖傳感等領(lǐng)域。其中，作為掃頻光源的關(guān)鍵器件，濾波器的驅(qū)動(dòng)對掃頻光源的參數(shù)至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)掃頻光源，方式之一是通過濾波器的形變改變諧振腔長度以達(dá)到掃頻激光波長的可調(diào)諧；這樣需要給濾波器加不同頻率和不同的電壓，以達(dá)到激光器不同的調(diào)制幅度。根據(jù)濾波器特性，要達(dá)到掃頻光源高速波長掃描的要求，實(shí)際系統(tǒng)中需要給濾波器加信號頻率超過50KHz的激勵(lì)信號，但是，現(xiàn)有信號發(fā)生裝置無法滿足這一需求?，F(xiàn)有的可用作濾波器驅(qū)動(dòng)信號的裝置分為兩種，一種是峰峰值可調(diào)，頻率可調(diào)，但輸出電流功率較低，輸出阻抗一般只能達(dá)到50歐姆左右，無法穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)運(yùn)行在高頻下的類似信號發(fā)生器的濾波器驅(qū)動(dòng)器；一種是由濾波器廠商設(shè)計(jì)的生產(chǎn)濾波器驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器具有頻率可調(diào)，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，但是該方案輸出波形頻率不夠。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，使得其輸出的頻率可在20KHz到200KHz之間連續(xù)可調(diào)，峰峰值電壓可達(dá)3V，相位也可調(diào)，且其輸出負(fù)載在I歐左右。 為實(shí)現(xiàn)以上功能，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，包括有信號產(chǎn)生電路、濾波電路、增益調(diào)整電路及濾波器負(fù)載；所述信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生正弦波信號，所述正弦波信號幅值一致、頻率可調(diào)；所述濾波電路的輸入端連接于所述信號產(chǎn)生電路的輸出端，該濾波電路用于濾除所述正弦波信號頻帶以外的噪聲，并輸出正弦波信號與窄帶噪聲的混合波形；所述增益調(diào)整電路的輸入端與所述濾波電路的輸出端相連，所述增益調(diào)整電路的輸出端連接濾波器負(fù)載；該增益調(diào)整電路用于對所述正弦波信號與窄帶噪聲的混合波形進(jìn)行放大，輸出正弦波放大信號。在所述信號產(chǎn)生電路之后進(jìn)一步包括相位偏置調(diào)整電路，所述相位偏置調(diào)整電路的輸出端連接于所述濾波電路的輸入端，所述相位偏置調(diào)整電路用于對所述正弦波信號進(jìn)行相位調(diào)整。所述相位偏置調(diào)整電路采用外接加法器電路實(shí)現(xiàn)。
所述信號產(chǎn)生電路為正弦振蕩器或直接數(shù)字式頻率合成器；所述正弦振蕩器利用主控制器實(shí)時(shí)調(diào)整振蕩頻率的方法對所述正弦振蕩器的頻率進(jìn)行調(diào)整。所述濾波電路為有源濾波器或無源濾波器；所述濾波電路為低通電路或帶通電路。所述增益調(diào)整電路為放大電路或自動(dòng)增益電路。所述增益調(diào)整電路的輸出端進(jìn)一步連接有包含放大器的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路，該驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的輸出端連接濾波器負(fù)載。所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路進(jìn)一步包括放大器調(diào)整電路，所述放大器調(diào)整電路用于控制所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的放大器，使其能在單位增益下穩(wěn)定。所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的輸出端進(jìn)一步連接有恒溫模塊，所述濾波器負(fù)載置于該恒溫模塊的恒溫箱中；所述恒溫模塊通過采集濾波器負(fù)載的實(shí)際溫度，對所述濾波器負(fù)載的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述恒溫模塊包括受控電源、設(shè)定溫度電路、溫度傳感器、溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱；所述設(shè)定溫度電路、溫度傳感器、溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱均連接至所述受控電源；所述設(shè)定溫度電路和所述溫度傳感器分別與所述溫度控制器連接，所述溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱依次連接；所述濾波器負(fù)載設(shè)于所述恒溫箱中。本發(fā)明通過提供一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，使得其輸出的頻率可在20KHZ到200KHZ之間連續(xù)可調(diào)，峰峰值電壓可達(dá)3V，相位也可調(diào)，且其輸出負(fù)載在I歐左右；保證了濾波器負(fù)載的穩(wěn)定性，滿足不同激光器對調(diào)制幅度的要求，達(dá)到掃頻激光波長的可協(xié)調(diào)。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的濾波器驅(qū)動(dòng)電路框圖；圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的正弦振蕩器；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的有源二階濾波電路；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的無源一階RC低通濾波電路；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的放大電路；圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的自動(dòng)增益電路原理框圖；圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例的濾波器驅(qū)動(dòng)電路框圖；圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路；

圖9為本發(fā)明第二實(shí)施例的另一驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路；圖10為本發(fā)明第二實(shí)施例的放大器調(diào)整電路；圖11為本發(fā)明第三實(shí)施例的濾波器驅(qū)動(dòng)電路框圖。
具體實(shí)施例方式下面對于本發(fā)明所提出的一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明。
實(shí)施例1 :如圖1所示，本實(shí)施例提供一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，包括有信號產(chǎn)生電路、濾波電路、增益調(diào)整電路及濾波器負(fù)載；所述信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生正弦波信號，所述正弦波信號幅值一致、頻率可調(diào)；所述濾波電路的輸入端連接于所述信號產(chǎn)生電路的輸出端，該濾波電路用于濾除所述正弦波信號頻帶以外的噪聲，并輸出正弦波信號與窄帶噪聲的混合波形；所述增益調(diào)整電路的輸入端與所述濾波電路的輸出端相連，所述增益調(diào)整電路的輸出端連接濾波器負(fù)載；該增益調(diào)整電路用于對所述正弦波信號與窄帶噪聲的混合波形進(jìn)行放大，輸出正弦波放大信號。所述信號產(chǎn)生電路為正弦振蕩器或直接數(shù)字式頻率合成器；所述正弦振蕩器利用主控制器實(shí)時(shí)調(diào)整振蕩頻率的方法對所述正弦振蕩器的頻率進(jìn)行調(diào)整。如圖2所示，所述正弦振蕩器包括一個(gè)雙極性運(yùn)算放大器1，該雙極性運(yùn)算放大器I的同相端與電阻RU電容Cl相連，所述電阻R1、電容Cl的另一端接地；該雙極性運(yùn)算放大器I的同相端的反饋回路由電容C2、電阻R2串聯(lián)而成；該雙極性運(yùn)算放大器I的反相端與電阻R3相連后接地，且該雙極性運(yùn)算放大器I的反相端與電阻R4相連后連接到輸出端V0 ;所述正弦振蕩器的振蕩頻率W=1/RC，由具有選頻特性的RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)決定；即由電阻R1、電容C1和電容C2，電阻R2的乘積決定。所述正弦振蕩器的起振條件為A>3，即要求放大器的電壓增益大于等于3，略大于3的原因是由于電路中的各種損耗，致使幅度下降而給予補(bǔ)償。但A比3大得多了會導(dǎo)致輸出正弦波形變差；類似的原理，典型的正弦振蕩器也可以由場效應(yīng)管振蕩器或者電容三點(diǎn)式振蕩器，電感三點(diǎn)式振蕩器組成。由于所述濾波器驅(qū)動(dòng)電路需要具有可調(diào)頻率功能，因此需要對正弦振蕩器的振蕩頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，也就是需要對`圖2所示的電阻R1、電容Cl、電容C2，電阻R2進(jìn)行調(diào)整；在本實(shí)施例中利用所述主控制器實(shí)時(shí)調(diào)整振蕩頻率的方法對振蕩頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；該方法是將圖2中的電阻Rl和電阻R2替換為數(shù)字電位器，數(shù)字電位器是一種數(shù)字式可調(diào)電阻，可以方便的實(shí)時(shí)更改參數(shù)；為保證精確的振蕩頻率，需選擇高精度電阻，需要有1%以內(nèi)的精度，可在整個(gè)電阻范圍內(nèi)提供低增益誤差。通過直接數(shù)字式頻率合成器DDS可以對頻率、相位進(jìn)行方便的調(diào)整，并且控制精度高、頻率切換速度快、相位可自由調(diào)整。由于正弦振蕩器或直接數(shù)字式頻率合成器產(chǎn)生的波形為幅值一致，頻率可調(diào)的正弦波信號，則還需經(jīng)過相位偏置調(diào)整電路，所述信號產(chǎn)生電路之后進(jìn)一步包括相位偏置調(diào)整電路，所述相位偏置調(diào)整電路的輸出端連接于所述濾波電路的輸入端，所述相位偏置調(diào)整電路用于對所述正弦波信號進(jìn)行相位調(diào)整；所述相位偏置調(diào)整電路采用外接加法器電路實(shí)現(xiàn)，由于較為通用，因此在本實(shí)施例中不予以贅述。所述濾波電路為有源濾波器或無源濾波器；所述濾波電路為低通電路或帶通電路，常用電路為有源二階濾波電路和典型的無源一階RC低通濾波電路，所述有源二階濾波電路為典型Sallen-Key低通濾波器電路接法，其連接關(guān)系如圖3所示；該運(yùn)算放大器2為同相激發(fā)，濾波器的輸入阻抗較高，輸出阻抗較低，電路性能穩(wěn)定，增益易調(diào)整。經(jīng)過類似的設(shè)計(jì)也可以組成帶通濾波器或其它階數(shù)的濾波器。所述無源一階RC低通濾波電路的連接關(guān)系如圖4所示；該低通濾波器可以在轉(zhuǎn)折頻率后提供20db的滾降速率，類似的設(shè)計(jì)也可以組成LC低通電路、LC帶通濾波電路；其中，由電阻R9和電容C5組成的時(shí)間常數(shù)組成該低通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率。所述濾波電路可以抑制所述正弦波信號的帶外噪聲，減小波形失真、性能下降等問題。所述增益調(diào)整電路為放大電路或自動(dòng)增益電路。如圖5所示為放大電路；通過同相放大電路或者反相放大電路可以進(jìn)行信號放大；調(diào)節(jié)圖中反饋電阻R12可以改變放大倍數(shù)進(jìn)而控制濾波器驅(qū)動(dòng)輸出波形的峰峰值幅度；同相放大電路和反相放大電路的區(qū)別在于同相放大電路的輸出信號與輸入信號的相位相同，反相放大電路則相差180度。如圖6所示為自動(dòng)增益電路(AGC)原理框圖；通過控制G+，G_的電壓，可以實(shí)時(shí)改變放大器電路的輸出波形。實(shí)施例2:本實(shí)施例提供的一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路與實(shí)施例1中所述技術(shù)方案相同，如圖7所示，只是所述增益調(diào)整電路的輸出端進(jìn)一步連接有包含放大器的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路，該驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的輸出端連接濾波器負(fù)載；該驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路用于減小所述正弦波放大信號的阻抗，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。經(jīng)過實(shí)施例1所述的驅(qū)動(dòng)電路，已經(jīng)得到符合要求的信號波形，但是所述增益調(diào)整電路的放大器輸出往往輸出電阻較大，驅(qū)動(dòng)能力不足。要驅(qū)動(dòng)高頻容性負(fù)載，需要有專門的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路，該電路具有輸出阻抗小，增益帶寬積大，支持雙極性高電壓驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。圖8和圖9是兩種驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路。如圖8所示，是采用放大器主從并聯(lián)的方法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)；通過給定接入到放大器5的反相端，R13 一端接地，另一端連接運(yùn)算放大器5的同相端；所述運(yùn)算放大器5的輸出端與運(yùn)算放大器6的同相端相連接，所述運(yùn)算放大器6為同相跟隨器接法，通過平衡電阻R16和電阻R17與運(yùn)算放大器5同相端的電阻R14相連后接入負(fù)載電阻R15。圖9是采 用外部提升電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)；采用的是運(yùn)算放大器7后接入三極管的推挽接法；電阻R18、電阻R19和電阻R23用來匹配靜態(tài)平衡點(diǎn)，電阻R20、電阻R21和電阻R22是限流電阻；電容C6作為補(bǔ)償電容，調(diào)節(jié)運(yùn)放的頻率和相位特性。特別注意的是，一些放大器無法運(yùn)行穩(wěn)定與電壓跟蹤模式，因此，所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路進(jìn)一步包括放大器調(diào)整電路，所述放大器調(diào)整電路用于控制所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的放大器，使其能在單位增益下穩(wěn)定。所述放大器調(diào)整電路如圖10所示，采用的放大器反相接法，電阻R24和電容CS接入運(yùn)算放大器14的反相端，電阻R25和電容C7接入運(yùn)算放大器14的反饋環(huán)路中調(diào)節(jié)截止頻率；同時(shí)在低增益時(shí)，放大器的噪聲也要通過調(diào)節(jié)電容C7、電容C8、電阻R24和電阻R25來平衡不同頻率的噪聲；通過調(diào)整電容C7、電容CS使得運(yùn)算放大器在單位增益下穩(wěn)定 ’另外在實(shí)際系統(tǒng)中也可以采用小信號響應(yīng)法對電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)施例3 在實(shí)際運(yùn)行中，對濾波器的穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，在眾多影響因素中，溫度是起著重要的作用。因此需要加入恒溫模塊來保證溫度的一致性。本實(shí)施例提供的一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，在以上實(shí)施例的基礎(chǔ)上，如圖11所示，所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的輸出端進(jìn)一步連接有恒溫模塊，所述濾波器負(fù)載置于該恒溫模塊的恒溫箱中；所述恒溫模塊通過采集濾波器負(fù)載的實(shí)際溫度，對所述濾波器負(fù)載的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證所述濾波器的溫度穩(wěn)定。所述恒溫模塊包括受控電源、設(shè)定溫度電路、溫度傳感器、溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱；所述溫度控制器包括減法器、比例放大器、積分放大器、微分放大器、加法器；所述設(shè)定溫度電路、溫度傳感器、溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱均連接至所述受控電源；所述設(shè)定溫度電路和所述溫度傳感器分別與所述溫度控制器連接，所述溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及 恒溫箱依次連接；所述濾波器負(fù)載設(shè)于所述恒溫箱中。由以上實(shí)施例得出，本發(fā)明通過提供一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，使得其輸出的頻率可在20KHz到200KHz之間連續(xù)可調(diào)，峰峰值電壓可達(dá)3V，相位也可調(diào)，且其輸出負(fù)載在I歐左右；保證了濾波器負(fù)載的穩(wěn)定性，滿足不同激光器對調(diào)制幅度的要求，達(dá)到掃頻激光波長的可協(xié)調(diào)。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，包括有信號產(chǎn)生電路、濾波電路、增益調(diào)整電路及濾波器負(fù)載； 所述信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生正弦波信號，所述正弦波信號幅值一致、頻率可調(diào)； 所述濾波電路的輸入端連接于所述信號產(chǎn)生電路的輸出端，該濾波電路用于濾除所述正弦波信號頻帶以外的噪聲，并輸出正弦波信號與窄帶噪聲的混合波形； 所述增益調(diào)整電路的輸入端與所述濾波電路的輸出端相連，所述增益調(diào)整電路的輸出端連接濾波器負(fù)載；該增益調(diào)整電路用于對所述正弦波信號與窄帶噪聲的混合波形進(jìn)行放大，輸出正弦波放大信號。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，在所述信號產(chǎn)生電路之后進(jìn)一步包括相位偏置調(diào)整電路，所述相位偏置調(diào)整電路的輸出端連接于所述濾波電路的輸入端，所述相位偏置調(diào)整電路用于對所述正弦波信號進(jìn)行相位調(diào)整。
3.如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述相位偏置調(diào)整電路采用外接加法器電路實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述信號產(chǎn)生電路為正弦振蕩器或直接數(shù)字式頻率合成器； 所述正弦振蕩器利用主控制器實(shí)時(shí)調(diào)整振蕩頻率的方法對所述正弦振蕩器的頻率進(jìn)行調(diào)整。
5.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述濾波電路為有源濾波器或無源濾波器；所述濾波電路為低通電路或帶通電路。
6.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述增益調(diào)整電路為放大電路或自動(dòng)增益電路。
7.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述增益調(diào)整電路的輸出端進(jìn)一步連接有包含放大器的驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路，該驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的輸出端連接濾波器負(fù)載。
8.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路進(jìn)一步包括放大器調(diào)整電路，所述放大器調(diào)整電路用于控制所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的放大器，使其能在單位增益下穩(wěn)定。
9.如權(quán)利要求7或8所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)電路的輸出端進(jìn)一步連接有恒溫模塊，所述濾波器負(fù)載置于該恒溫模塊的恒溫箱中；所述恒溫模塊通過采集濾波器負(fù)載的實(shí)際溫度，對所述濾波器負(fù)載的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
10.如權(quán)利要求9所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述恒溫模塊包括受控電源、設(shè)定溫度電路、溫度傳感器、溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱； 所述設(shè)定溫度電路、溫度傳感器、溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱均連接至所述受控電源； 所述設(shè)定溫度電路和所述溫度傳感器分別與所述溫度控制器連接，所述溫度控制器、溫度調(diào)節(jié)器以及恒溫箱依次連接；所述濾波器負(fù)載設(shè)于所述恒溫箱中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種掃頻光源的濾波器驅(qū)動(dòng)電路，包括有信號產(chǎn)生電路、濾波電路、增益調(diào)整電路及濾波器負(fù)載；所述信號產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生正弦波信號；所述濾波電路的輸入端連接于所述信號產(chǎn)生電路的輸出端，該濾波電路用于濾除所述正弦波信號頻帶以外的噪聲；所述增益調(diào)整電路的輸入端與所述濾波電路的輸出端相連，所述增益調(diào)整電路的輸出端連接濾波器負(fù)載；該增益調(diào)整電路用于對所述正弦波信號與窄帶噪聲的混合波形進(jìn)行放大；本發(fā)明使得其輸出的頻率可在20KHz到200KHz之間連續(xù)可調(diào)，峰峰值電壓可達(dá)3V，相位也可調(diào)，且其輸出負(fù)載在1歐左右；保證了濾波器負(fù)載的穩(wěn)定性，滿足不同激光器對調(diào)制幅度的要求，達(dá)到掃頻激光波長的可協(xié)調(diào)。
文檔編號H01S5/06GK103066485SQ20121054081
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者王挺, 蒲忠杰, 董颯英, 趙士勇, 王榮軍, 高洪燕 申請人:樂普(北京)醫(yī)療器械股份有限公司