现代电路与系统论文-可调光源驱动设计

一本《细节决定成败》让我豪情万丈，一种用心豁达的心态、一种良好的习惯、一份计划并按时完成竟是如此重要，并最终决定一个的人成败。这本书让我对自己的人生有了进一步的认识，渴望有所突破的我，将会在以后的工作和生活中时时提醒自己，以便自己以后的人生道路越走越精彩。学号00课程名称：现代电路与系统学院：信息工程学院专业：电子与通信工程班级：信研1203姓名：杨顺生指导老师：娄平2013年6月11日I摘要本文的设计内容是基于一个光纤传感项目，主要是光源驱动的设计，设计中涉及数字频率合成器、程控电压放大器、压控电流源、温度补偿电路以及负载热插拔检测电路的设计，并对程控电路有了新的认识。通过理论分析、波形仿真和实际电路的搭建，深入理解了系统设计的技术思想。同时对基于直接数字频率合成技术的波形发生器的输出特性进行了分析，对输出波形频率带宽，频率分辨率进行了讨论，并在ISE中进行了系统设计，并在Modelsim中进行了仿真，并对数模转换器件参数及性能作了一定的认识。最后，本文基于光源驱动的性能优点上对今后实现技术进行了展望。关键字：数字频率合成器，程控电路，压控电流源，光源驱动一本《细节决定成败》让我豪情万丈，一种用心豁达的心态、一种良好的习惯、一份计划并按时完成竟是如此重要，并最终决定一个的人成败。这本书让我对自己的人生有了进一步的认识，渴望有所突破的我，将会在以后的工作和生活中时时提醒自己，以便自己以后的人生道路越走越精彩。AbstractThisdesignisbasedonaprojectassociatedwithopticalfibersensing,mainlylight-drivendesign,thedesigninvolvesdigitalfrequencysynthesizer,programmablevoltageamplifier,voltage-controlledcurrentsource,temperaturecompensationcircuitandaloadhotplugdetectcircuitdesignbroughtanewunderstandingofprogrammablecircuitstome.Throughtheoreticalanalysis,waveformsimulationandactualcircuitbuilding,Iobtainin-depthunderstandingofthetechnicalideasofsystemdesign.Atthesametime,Ianalyzedoutputcharacteristicsofthedirectdigitalfrequencysynthesistechnologybasedonwaveformgenerator,discussedtheoutputwaveformfrequencybandwidth,frequencyresolutionandcarriedoutsystemdesignintheISEandcarriedoutsimulationinModelsim,andtheparametersandperformanceofDACmembersmadeacertainunderstanding.Finally,Iwilldiscusstheperformanceadvantagesoftechnologyforfutureimplementationbasedonthelightsourcedriving.KeyWord:DDS,programmablecircuit,voltage-controlledcurrentsource,light-driven目录摘要........................................................................................................错误!未定义书签。Abstract......................................................................................................错误!未定义书签。1.绪论......................................................................................................错误!未定义书签。1.1研究背景........................................................................................错误!未定义书签。1.2研究内容........................................................................................错误!未定义书签。2.硬件电路设计......................................................................................错误!未定义书签。2.1系统总体方案................................................................................错误!未定义书签。2.2数字频率合成器的设计................................................................错误!未定义书签。2.2.1频率合成简介........................................................................错误!未定义书签。2.2.2数字频率合成原理................................................................错误!未定义书签。2.2.3DDS硬件设计.........................................................................错误!未定义书签。2.3程控放大电路................................................................................错误!未定义书签。2.4压控电流源的设计........................................................................错误!未定义书签。2.5补偿电路........................................................................................错误!未定义书签。3.软件设计..............................................................................................错误!未定义书签。11.绪论1.1研究背景在医学临床诊断中，血液的氧分压（pO2）和酸碱度（pH值）是评估病人病理生理状态的两个重要监测指标。在休克、呼吸衰竭、脑损伤等危重病人监护和重大麻醉手术中，需要通过频繁测定血液或组织的pO2和pH来评价病人的氧供需平衡和酸碱平衡状态。目前，临床多采用常规血气分析仪，通过间歇性的动脉采血，对血样进行离体的化学分析得出pO2和pH等多参量信息。常规血气分析存在几大缺点：间断的血气快照无法准确地反映连续的生理事件；通常只在发生不良反应后行血气分析，可能延误治疗；非实时的离体分析存在血样改变或污染的风险；多次采血还可能造成医源性贫血。毋庸置疑，能对血液、组织甚至是单个细胞进行原位、实时、无创、多参量监测，己经成为生物医学临床和生命科学研究中的迫切需求。为了同时测量生物体内的多参量信息，人们先后提出了各种各样的生物医学多传感解决方案，如电化学微阵列、片上实验室（Labonachip）、微全分析系统（μTAS）、生物微机电系统（BioMEMS）等。它们都为微尺度下多参量的原位分析提供了可行的实现手段，但大多存在着需消耗被测物、可靠性较差、制造平台要求高、检测系统复杂等问题。与上述传感方案相比，荧光光纤传感器集合了光纤传感的微小、抗电磁干扰、遥测，以及荧光传感的不消耗被测物、特异性强、包含多维信息（发射光谱、荧光强度、荧光寿命、荧光偏振等）等独特优点，从众多传感器中脱颖而出，成为现代生物医学传感领域的研究热点。本文的设计是在一个光纤传感项目的基础上进行探讨，而且项目处于初步探索阶段，对猜想和数学模型进行验证和校正，因此，设计一个功能比较齐全的光源驱动是这个项目的第一步。一本《细节决定成败》让我豪情万丈，一种用心豁达的心态、一种良好的习惯、一份计划并按时完成竟是如此重要，并最终决定一个的人成败。这本书让我对自己的人生有了进一步的认识，渴望有所突破的我，将会在以后的工作和生活中时时提醒自己，以便自己以后的人生道路越走越精彩。1.2研究内容光源驱动的设计包括以下几个模块：数字频率合成器、程控电压放大器、压控电流源、温度补偿电路以及负载热插拔检测电路。数字频率合成器主要是生成所需的调制波形，这里使用双频自动切换技术，在输入相应参数后，系统可自动输出相应幅度、相位、单个频率波形持续时间、相位无缝频率转换。程控电压放大器用于控制频率合成器的输出增益和滤波带宽，能有效降低噪声对波形的干扰。压控电流源将上述两个模块输出的电压信号转换为驱动光源的电流信号，由于光源发射光强由电流直接控制（发射光波长由光源本身决定），由此实现光的调制。至于温度补偿电路是为防止温度波动使得光源电流偏置发生漂移而设计的，对温度进行检测并反馈到压控电流源上。负载热插拔检测电路属于保护性电路，实现空载时候电路的零功耗，降低电路的发热损耗。32.硬件电路设计2.1系统总体方案光源驱动的设计包括以下几个模块：数字频率合成器、程控电压放大器、压控电流源、温度补偿电路以及负载热插拔检测电路。PC客户端STM32FPGADAC1DAC2I/V转换程控放大器压控电流源光源温度传感器补偿电路插拔检测电流检测图1光源驱动器总体设计图2.2数字频率合成器的设计2.2.1频率合成简介频率合成就是以一个或几个参考源为基准，产生多个频率的过程。频率合成技术是近代通信系统的重要组成部分，在无线电技术与电子系统的各个领域中得到广泛的应用。各种新型的频率合成器和频率合成方案还在不断涌现，现在己达到比较成熟的阶段。目前频率合成主要有三种方法:直接模拟合成法(DirectsimulationFrequencysynthesis)、锁相环合成法(Phase-locklinkFrequencySynthesis即PLL)和直接数字合成法(DirectDigitalFrequencySynthesis)。直接模拟合成法利用倍频(乘法)、分频(除法)、混频(加法与减法)及滤波，从单一或几个参数频率中产生多个所需频率。直接频率合成中，基准信号通过脉冲形成电路，产生谐波丰富的窄脉冲。该方法频率转换时间短(小于100ns)，用这种方法合成的频率范围将受到限制，更重要的是由于采用大量的倍频，混频，分频，滤波等装置，使得频率合成器不仅带来了庞大的体积和重量，而且输出的谐波，噪声及寄生频率都难以抑制，目前己经基本不被采用。锁相环合成法通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算。该方法结构简单、一本《细节决定成败》让我豪情万丈，一种用心豁达的心态、一种良好的习惯、一份计划并按时完成竟是如此重要，并最终决定一个的人成败。这本书让我对自己的人生有了进一步的认识，渴望有