激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器；解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供一種噪聲低、輸出頻率靈活調(diào)節(jié)、輸出頻率范圍寬的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器；采用的技術(shù)方案為：FPGA芯片的兩個(gè)信號(hào)輸出端分別與數(shù)字電位器和DA轉(zhuǎn)換芯片相連，數(shù)字電位器與第一運(yùn)算放大器相連，第一運(yùn)算放大器與頻率可調(diào)的帶通濾波器相連，帶通濾波器與第一電壓跟隨器相連，DA轉(zhuǎn)換芯片與第二運(yùn)算放大器相連，第二運(yùn)算放大器與第一低通濾波器相連，第一低通濾波器與第二電壓跟隨器相連，第二電壓跟隨器和第一電壓跟隨器均與加法器相連，加法器與第二低通濾波器相連，第二低通濾波器與第三電壓跟隨器相連，第三電壓跟隨器的輸出端為所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端；適用于電路系統(tǒng)領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，具體涉及激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002]在激光在線氣體分析系統(tǒng)中，激光器是非常重要的器件，在目前的激光在線氣體分析系統(tǒng)中，采用的技術(shù)有兩種:直接吸收光譜技術(shù)和波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)(WMS)，相較于直接吸收光譜技術(shù)，波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)(WMS)可將系統(tǒng)的測(cè)量靈敏度提高10(Γ1000倍，而其關(guān)鍵技術(shù)在于:實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的低噪聲信號(hào)的驅(qū)動(dòng)和解調(diào)；國(guó)外的DFB激光器在2234nm波段對(duì)應(yīng)CO氣體的吸收線強(qiáng)為10_21的數(shù)量級(jí)，系統(tǒng)要想達(dá)到ppb級(jí)氣體的探測(cè)靈敏度，其前端電路驅(qū)動(dòng)部分的電流噪聲應(yīng)該小于2 μ A, V-1部分的模擬電路部分的信號(hào)發(fā)生器的幅度噪聲和相位噪聲的信噪比(SNR)應(yīng)該滿足在80dB以上；而激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接關(guān)系到激光器的光譜噪聲，會(huì)影響激光器的性能穩(wěn)定性，乃至影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量性能、信噪比以及測(cè)量靈敏度，所以，激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的幅度噪聲、Jitter噪聲以及溫漂特性將會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
[0003]激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)質(zhì)上是由兩個(gè)不同信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率合成后而得到的，常用的頻率合成技術(shù)有直接式、直接數(shù)字式和混合式，而市場(chǎng)上一般的數(shù)字頻率合成器DDS芯片由于受限于DA量化噪聲、與系統(tǒng)掃描信號(hào)為非同源驅(qū)動(dòng)等因素，很難滿足系統(tǒng)的需求；因此，一個(gè)低噪聲、輸出頻率可靈活調(diào)節(jié)、輸出頻率范圍較寬以及輸出波形信號(hào)較穩(wěn)定的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問(wèn)題為:提供一種噪聲較低、輸出頻率可靈活調(diào)節(jié)、輸出頻率范圍較寬的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，包括=FPGA芯片，所述FPGA芯片的兩個(gè)信號(hào)輸出端分別與數(shù)字電位器和DA轉(zhuǎn)換芯片相連，所述數(shù)字電位器與第一運(yùn)算放大器相連，所述第一運(yùn)算放大器與頻率可調(diào)的帶通濾波器相連，所述帶通濾波器與第一電壓跟隨器相連，所述DA轉(zhuǎn)換芯片與第二運(yùn)算放大器相連，所述第二運(yùn)算放大器與第一低通濾波器相連，所述第一低通濾波器與第二電壓跟隨器相連，所述第二電壓跟隨器和第一電壓跟隨器均與加法器相連，所述加法器與第二低通濾波器相連，所述第二低通濾波器與第三電壓跟隨器相連，所述第三電壓跟隨器與V/I轉(zhuǎn)換器相連，所述V/I轉(zhuǎn)換器的輸出端為所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端。
[0006]所述第一運(yùn)算放大器包括:運(yùn)放芯片U1，所述運(yùn)放芯片Ul的同相輸入端串接電阻Rl后與所述數(shù)字電位器的輸出端Al相連，所述運(yùn)放芯片Ul的反相輸入端并接電阻R2的一端后與電阻R3的一端相連，所述電阻R2的另一端接地，所述電阻R3的另一端與所述運(yùn)放芯片Ul的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片Ul的電源負(fù)端并接電容Cl的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片Ul的電源正端并接電容C2的一端后與+5V電壓相連，所述電容Cl的另一端和電容C2的另一端均接地；所述帶通濾波器包括:運(yùn)放芯片U2、運(yùn)放芯片U3和運(yùn)放芯片U4,所述運(yùn)放芯片U2的反相輸入端并接電阻R4的一端、電阻R5的一端、電容C3的一端和可調(diào)電阻RPl的一個(gè)固定端后與電容C4的一端相連，所述電阻R4的另一端與所述運(yùn)放芯片Ul的輸出端相連，所述電阻R5的另一端并接電容C3的另一端和運(yùn)放芯片U2的輸出端后與電阻R6的一端相連，所述電阻R6的另一端并接所述運(yùn)放芯片U3的反相輸入端后與電阻R7的一端相連，所述可調(diào)電阻RPl的另一個(gè)固定端并接電容C4的另一端和電容C5的一端后與所述運(yùn)放芯片U4的輸出端相連，所述電容C5的另一端并接所述運(yùn)放芯片U4的反相輸入端后與可變電阻RP2的一個(gè)固定端相連，所述可變電阻RP2的另一個(gè)固定端并接所述電阻R7的另一端和所述運(yùn)放芯片U3的輸出端后與電容C6的一端相連，所述運(yùn)放芯片U2的同相輸入端、所述運(yùn)放芯片U3的同相輸入端和所述運(yùn)放芯片U4的同相輸入端均接地；所述第一電壓跟隨器包括:運(yùn)放芯片U5，所述運(yùn)放芯片U5的同相輸入端并接電阻R8的一端后與電阻R9的一端相連，所述電阻R8的另一端與所述電容C6的另一端相連，所述電阻R9的另一端接地，所述運(yùn)放芯片U5的反相輸入端并接所述運(yùn)放芯片U5的輸出端后與電阻RlO的一端相連；所述第一低通濾波器包括:運(yùn)放芯片U6，所述運(yùn)放芯片U6的反相輸入端并接電容C7的一端后與電阻Rll的一端相連，所述運(yùn)放芯片U6的同相輸入端串接電阻R12后接地,所述電阻Rll的另一端并接電阻R13的一端和電容C8的一端后與電阻R14的一端相連，所述電阻R14的另一端與所述第二運(yùn)算放大器的輸出端A2相連，所述電容CS的另一端接地，所述電阻R13的另一端并接所述電容C7的另一端后與所述運(yùn)放芯片U6的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U6的電源負(fù)端并接電容C9的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U6的電源正端并接電容ClO的一端后與+5V電壓相連，所述電容C9的另一端和電容ClO的另一端均接地；所述第二電壓跟隨器包括:運(yùn)放芯片U7，所述運(yùn)放芯片U7的同相輸入端串接電阻R15后與所述運(yùn)放芯片U6的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U7的反相輸入端并接所述運(yùn)放芯片U7的輸出端后與電阻R16的一端相連；所述加法器包括:運(yùn)放芯片U8，所述運(yùn)放芯片U8的同相輸入端并接所述電阻RlO的另一端后與所述電阻R16的另一端相連，所述運(yùn)放芯片U8的反相輸入端并接電阻R17的一端后與電阻R18的一端相連，所述電阻R17的另一端接地，所述電阻R18的另一端與所述運(yùn)放芯片U8的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U8的電源負(fù)端并接電容Cll的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U8的電源正端并接電容C12的一端后與+5V電壓相連，所述電容Cll的另一端和電容C12的另一端均接地；所述第二低通濾波器包括:運(yùn)放芯片U9，所述運(yùn)放芯片U9的反相輸入端并接電容C13的一端后與電阻R20的一端相連，所述運(yùn)放芯片U9的同相輸入端串接電阻R21后接地，所述電阻R20的另一端并接電阻R22的一端和電容C14的一端后與電阻R19的一端相連,所述電阻R19的另一端與所述運(yùn)放芯片U8的輸出端相連，所述電容C14的另一端接地，所述電阻R22的另一端并接所述電容C13的另一端后與所述運(yùn)放芯片U9的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U9的電源負(fù)端并接電容C15的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U9的電源正端并接電容C16的一端后與+5V電壓相連，所述電容C15的另一端和電容C16的另一端均接地；所述第三電壓跟隨器包括:運(yùn)放芯片U10，所述運(yùn)放芯片UlO的正相輸入端串接電阻R23后與所述運(yùn)放芯片U9的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片UlO的反相輸入端與所述運(yùn)放芯片UlO的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片UlO的輸出端與所述V/I轉(zhuǎn)換器13的輸入端BI相連。
[0007]所述運(yùn)放芯片Ul、運(yùn)放芯片U2、運(yùn)放芯片U3、運(yùn)放芯片U4、運(yùn)放芯片U5、運(yùn)放芯片U6、運(yùn)放芯片U7、運(yùn)放芯片U8和運(yùn)放芯片U9的型號(hào)為0P4177ARU，或?yàn)?P2177ARMZ。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
本發(fā)明中，一方面，F(xiàn)PGA芯片經(jīng)過(guò)數(shù)字電位器產(chǎn)生幅度可調(diào)的方波信號(hào)，該方波信號(hào)經(jīng)過(guò)第一運(yùn)算放大器連接帶通濾波器后產(chǎn)生特定頻率的正弦波信號(hào)，再經(jīng)過(guò)第一電壓跟隨器后輸入加法器，另一方面，F(xiàn)PGA芯片經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換芯片連接第二運(yùn)算放大器產(chǎn)生三角波信號(hào)，該三角波信號(hào)經(jīng)過(guò)第一低通濾波器和第二電壓跟隨器后輸入加法器，上述兩個(gè)輸入加法器的信號(hào)經(jīng)過(guò)加法器頻率合成后輸出信號(hào)至第二低通濾波器，該信號(hào)最后經(jīng)過(guò)第三電壓跟隨器進(jìn)行輸出；由于上述的方波信號(hào)和三角波信號(hào)均由FPGA芯片產(chǎn)生，屬于同源信號(hào)，使得兩個(gè)輸入信號(hào)的相位噪聲有大幅度減小，提高了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量性能；通過(guò)頻率可調(diào)的帶通濾波器中的調(diào)節(jié)元件，可對(duì)帶通濾波器的中心頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)，靈活調(diào)節(jié)激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，以尋找滿足系統(tǒng)最優(yōu)性能的載波頻率輸出；通過(guò)數(shù)字電位器、第一低通濾波器和第二低通濾波器，使得激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率具有較寬范圍，可方便實(shí)現(xiàn)載波信號(hào)的任意N倍頻和動(dòng)態(tài)調(diào)頻；此外，相比于一般的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器DDS器件，本發(fā)明中的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器是模擬信號(hào)發(fā)生器，輸出的是模擬信號(hào)，克服了 DA量化噪聲大的缺點(diǎn)，使激光在線氣體分析系統(tǒng)中的激光器輸入信號(hào)精度高、噪聲低以及穩(wěn)定性好。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；
圖1為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2為本發(fā)明的電路原理圖；
圖中:1為FPGA芯片，2為數(shù)字電位器，3為DA轉(zhuǎn)換芯片，4為第一運(yùn)算放大器，5為帶通濾波器，6為第一電壓跟隨器，7為第二運(yùn)算放大器，8為第一低通濾波器，9為第二電壓跟隨器，10為加法器，11為第二低通濾波器，12為第三電壓跟隨器，13為V/I轉(zhuǎn)換器。

【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所示，激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，包括:FPGA芯片1，所述FPGA芯片I的兩個(gè)信號(hào)輸出端分別與數(shù)字電位器2和DA轉(zhuǎn)換芯片3相連，所述數(shù)字電位器2與第一運(yùn)算放大器4相連，所述第一運(yùn)算放大器4與頻率可調(diào)的帶通濾波器5相連，所述帶通濾波器5與第一電壓跟隨器6相連，所述DA轉(zhuǎn)換芯片3與第二運(yùn)算放大器7相連，所述第二運(yùn)算放大器7與第一低通濾波器8相連，所述第一低通濾波器8與第二電壓跟隨器9相連，所述第二電壓跟隨器9和第一電壓跟隨器6均與加法器10相連，所述加法器10與第二低通濾波器11相連，所述第二低通濾波器11與第三電壓跟隨器12相連，由于激光器是電流驅(qū)動(dòng)器件，而第三電壓跟隨器12產(chǎn)生的是電壓信號(hào)，所以需要將電壓信號(hào)通過(guò)電壓/電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為激光器所需的電流信號(hào)，故所述第三電壓跟隨器12還與V/I轉(zhuǎn)換器13相連，而所述V/ι轉(zhuǎn)換器13的輸出端為所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端。
[0011]如圖2所示，所述第一運(yùn)算放大器4包括:運(yùn)放芯片Ul，所述運(yùn)放芯片Ul的同相輸入端串接電阻Rl后與所述數(shù)字電位器2的輸出端Al相連，所述運(yùn)放芯片Ul的反相輸入端并接電阻R2的一端后與電阻R3的一端相連，所述電阻R2的另一端接地，所述電阻R3的另一端與所述運(yùn)放芯片Ul的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片Ul的電源負(fù)端并接電容Cl的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片Ul的電源正端并接電容C2的一端后與+5V電壓相連，所述電容Cl的另一端和電容C2的另一端均接地；本實(shí)施例中，所述運(yùn)放芯片Ul與電阻R1、電阻R2和電阻R3構(gòu)成增益可調(diào)的運(yùn)算放大電路，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻Rl、電阻R2和電阻R3的阻值改變?cè)撨\(yùn)算放大電路的放大倍數(shù)，電容Cl和電容C2為運(yùn)放芯片Ul的電源進(jìn)行濾波。
[0012]所述帶通濾波器5包括:運(yùn)放芯片U2、運(yùn)放芯片U3和運(yùn)放芯片U4，所述運(yùn)放芯片U2的反相輸入端并接電阻R4的一端、電阻R5的一端、電容C3的一端和可調(diào)電阻RPl的一個(gè)固定端后與電容C4的一端相連，所述電阻R4的另一端與所述運(yùn)放芯片Ul的輸出端相連，所述電阻R5的另一端并接電容C3的另一端和運(yùn)放芯片U2的輸出端后與電阻R6的一端相連，所述電阻R6的另一端并接所述運(yùn)放芯片U3的反相輸入端后與電阻R7的一端相連，所述可調(diào)電阻RPl的另一個(gè)固定端并接電容C4的另一端和電容C5的一端后與所述運(yùn)放芯片U4的輸出端相連，所述電容C5的另一端并接所述運(yùn)放芯片U4的反相輸入端后與可變電阻RP2的一個(gè)固定端相連，所述可變電阻RP2的另一個(gè)固定端并接所述電阻R7的另一端和所述運(yùn)放芯片U3的輸出端后與電容C6的一端相連，所述運(yùn)放芯片U2的同相輸入端、所述運(yùn)放芯片U3的同相輸入端和所述運(yùn)放芯片U4的同相輸入端均接地；本實(shí)施例中，所述運(yùn)放芯片U4、電容C5和可變電阻RP2為積分電路，與電容C4和可調(diào)電阻RPl構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋到運(yùn)放芯片U2的反相輸入端，整體構(gòu)成頻率可調(diào)的帶通濾波電路，通過(guò)調(diào)整可調(diào)電阻RPl和可變電阻RP2的阻值實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)。
[0013]所述第一電壓跟隨器6對(duì)電路起到緩沖隔離的作用，包括:運(yùn)放芯片U5，所述運(yùn)放芯片U5的同相輸入端并接電阻R8的一端后與電阻R9的一端相連，所述電阻R8的另一端與所述電容C6的另一端相連，所述電阻R9的另一端接地，所述運(yùn)放芯片U5的反相輸入端并接所述運(yùn)放芯片U5的輸出端后與電阻RlO的一端相連。
[0014]所述第一低通濾波器8包括:運(yùn)放芯片U6，所述運(yùn)放芯片U6的反相輸入端并接電容C7的一端后與電阻Rll的一端相連，所述運(yùn)放芯片U6的同相輸入端串接電阻R12后接地，所述電阻Rll的另一端并接電阻R13的一端和電容C8的一端后與電阻R14的一端相連，所述電阻R14的另一端與所述第二運(yùn)算放大器(7)的輸出端A2相連，所述電容CS的另一端接地，所述電阻R13的另一端并接所述電容C7的另一端后與所述運(yùn)放芯片U6的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U6的電源負(fù)端并接電容C9的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U6的電源正端并接電容ClO的一端后與+5V電壓相連，所述電容C9的另一端和電容ClO的另一端均接地；本實(shí)施例中，電容C9和電容ClO為運(yùn)放芯片U6的電源進(jìn)線濾波，并且所述第一低通濾波器8為二階多路反饋低通濾波器，二階的低通濾波相較于一階的低通濾波其效果更好。
[0015]所述第二電壓跟隨器9對(duì)電路起到緩沖隔離的作用，包括:運(yùn)放芯片U7，所述運(yùn)放芯片U7的同相輸入端串接電阻R15后與所述運(yùn)放芯片U6的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U7的反相輸入端并接所述運(yùn)放芯片U7的輸出端后與電阻R16的一端相連。
[0016]所述加法器10包括:運(yùn)放芯片U8，所述運(yùn)放芯片U8的同相輸入端并接所述電阻RlO的另一端后與所述電阻R16的另一端相連，所述運(yùn)放芯片U8的反相輸入端并接電阻R17的一端后與電阻R18的一端相連，所述電阻R17的另一端接地，所述電阻R18的另一端與所述運(yùn)放芯片U8的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U8的電源負(fù)端并接電容Cll的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U8的電源正端并接電容C12的一端后與+5V電壓相連，所述電容Cll的另一端和電容C12的另一端均接地；本實(shí)施例中，電容Cll和電容C12為運(yùn)放芯片U8的電源進(jìn)線濾波，電阻R17和電阻R18構(gòu)成反饋回路。
[0017]所述第二低通濾波器11的功能與第一低通濾波器8相同，包括:運(yùn)放芯片U9，所述運(yùn)放芯片U9的反相輸入端并接電容C13的一端后與電阻R20的一端相連，所述運(yùn)放芯片U9的同相輸入端串接電阻R21后接地，所述電阻R20的另一端并接電阻R22的一端和電容C14的一端后與電阻R19的一端相連,所述電阻R19的另一端與所述運(yùn)放芯片U8的輸出端相連，所述電容C14的另一端接地，所述電阻R22的另一端并接所述電容C13的另一端后與所述運(yùn)放芯片U9的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U9的電源負(fù)端并接電容C15的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U9的電源正端并接電容C16的一端后與+5V電壓相連，所述電容C15的另一端和電容C16的另一端均接地；
所述第三電壓跟隨器12對(duì)電路起到緩沖隔離的作用，包括:運(yùn)放芯片U10，所述運(yùn)放芯片UlO的正相輸入端串接電阻R23后與所述運(yùn)放芯片U9的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片UlO的反相輸入端與所述運(yùn)放芯片UlO的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片UlO的輸出端與所述V/1轉(zhuǎn)換器13的輸入端BI相連；具體地，所述運(yùn)放芯片U1、運(yùn)放芯片U2、運(yùn)放芯片U3、運(yùn)放芯片U4、運(yùn)放芯片U5、運(yùn)放芯片U6、運(yùn)放芯片U7、運(yùn)放芯片U8和運(yùn)放芯片U9的型號(hào)為0P4177ARU，或?yàn)?0P2177ARMZ。
[0018]本發(fā)明中的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的工作原理如下:FPGA芯片I經(jīng)過(guò)數(shù)字電位器2產(chǎn)生方波信號(hào)，F(xiàn)PGA芯片I經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換芯片3連接第二運(yùn)算放大器7產(chǎn)生三角波信號(hào)；方波信號(hào)輸入第一運(yùn)算放大器4進(jìn)行信號(hào)放大，提高增益，經(jīng)過(guò)可調(diào)頻的帶通濾波器5進(jìn)行濾波，濾除噪聲干擾和不需要的頻段得到特定頻段的正弦波信號(hào)，正弦波信號(hào)進(jìn)入第一電壓跟隨器6對(duì)信號(hào)隔離后輸入到加法器10 ;三角波信號(hào)輸入第一低通濾波器8，濾除噪聲干擾和不需要的頻段，濾出的信號(hào)進(jìn)入第二電壓跟隨器9對(duì)信號(hào)隔離后輸入到加法器10 ;兩個(gè)輸入加法器10的信號(hào)經(jīng)過(guò)加法器10頻率合成，產(chǎn)生激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)第二低通濾波器11濾波，濾除噪聲干擾和不需要的頻段，濾出的信號(hào)進(jìn)入第三電壓跟隨器12后產(chǎn)生所需要的輸出信號(hào)。
[0019]相較于其他常用的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的方波信號(hào)采用了高性能FPGA內(nèi)部的PLL倍頻輸出，使得信號(hào)輸出頻率范圍為
0.0OlHz?ΙΟΟΚΗζ、周期精度達(dá)到10ns、信號(hào)Jitter噪聲控制在10ps以?xún)?nèi)，可使驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的正弦波信噪比(SNR)大幅度提高至SOdB以上，使本驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的正弦波的相位精度達(dá)到10ns，對(duì)應(yīng)于IkHz的正弦波信號(hào)，其相位控制精度達(dá)到了 2 π /15 ;由于本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器采用同源信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算電路后可以提高激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率的精度和穩(wěn)定性，提高頻率分辨率、跟蹤、響應(yīng)和變換速度，具有較寬的調(diào)頻范圍，體積功耗下降，使用方便，提高了激光在線氣體分析系統(tǒng)的總體性能，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步；上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:包括:FPGA芯片(1)，所述FPGA芯片(I)的兩個(gè)信號(hào)輸出端分別與數(shù)字電位器(2)和DA轉(zhuǎn)換芯片(3)相連，所述數(shù)字電位器(2)與第一運(yùn)算放大器(4)相連，所述第一運(yùn)算放大器(4)與頻率可調(diào)的帶通濾波器(5)相連，所述帶通濾波器(5)與第一電壓跟隨器(6)相連，所述DA轉(zhuǎn)換芯片(3)與第二運(yùn)算放大器(7)相連，所述第二運(yùn)算放大器(7)與第一低通濾波器(8)相連，所述第一低通濾波器(8)與第二電壓跟隨器(9)相連，所述第二電壓跟隨器(9)和第一電壓跟隨器(6)均與加法器(10 )相連，所述加法器(10 )與第二低通濾波器(11)相連，所述第二低通濾波器(11)與第三電壓跟隨器(12)相連，所述第三電壓跟隨器(12)與V/I轉(zhuǎn)換器(13)相連，所述V/I轉(zhuǎn)換器(13)的輸出端為所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述第一運(yùn)算放大器(4)包括:運(yùn)放芯片U1，所述運(yùn)放芯片Ul的同相輸入端串接電阻Rl后與所述數(shù)字電位器(2)的輸出端Al相連，所述運(yùn)放芯片Ul的反相輸入端并接電阻R2的一端后與電阻R3的一端相連，所述電阻R2的另一端接地，所述電阻R3的另一端與所述運(yùn)放芯片Ul的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片Ul的電源負(fù)端并接電容Cl的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片Ul的電源正端并接電容C2的一端后與+5V電壓相連，所述電容Cl的另一端和電容C2的另一端均接地； 所述帶通濾波器(5)包括:運(yùn)放芯片U2、運(yùn)放芯片U3和運(yùn)放芯片U4，所述運(yùn)放芯片U2的反相輸入端并接電阻R4的一端、電阻R5的一端、電容C3的一端和可調(diào)電阻RPl的一個(gè)固定端后與電容C4的一端相連，所述電阻R4的另一端與所述運(yùn)放芯片Ul的輸出端相連，所述電阻R5的另一端并接電容C3的另一端和運(yùn)放芯片U2的輸出端后與電阻R6的一端相連，所述電阻R6的另一端并接所述運(yùn)放芯片U3的反相輸入端后與電阻R7的一端相連，所述可調(diào)電阻RPl的另一個(gè)固定端并接電容C4的另一端和電容C5的一端后與所述運(yùn)放芯片U4的輸出端相連，所述電容C5的另一端并接所述運(yùn)放芯片U4的反相輸入端后與可變電阻RP2的一個(gè)固定端相連，所述可變電阻RP2的另一個(gè)固定端并接所述電阻R7的另一端和所述運(yùn)放芯片U3的輸出端后與電容C6的一端相連，所述運(yùn)放芯片U2的同相輸入端、所述運(yùn)放芯片U3的同相輸入端和所述運(yùn)放芯片U4的同相輸入端均接地； 所述第一電壓跟隨器(6)包括:運(yùn)放芯片U5，所述運(yùn)放芯片U5的同相輸入端并接電阻R8的一端后與電阻R9的一端相連,所述電阻R8的另一端與所述電容C6的另一端相連,所述電阻R9的另一端接地，所述運(yùn)放芯片U5的反相輸入端并接所述運(yùn)放芯片U5的輸出端后與電阻RlO的一端相連； 所述第一低通濾波器(8)包括:運(yùn)放芯片U6，所述運(yùn)放芯片U6的反相輸入端并接電容C7的一端后與電阻Rll的一端相連，所述運(yùn)放芯片U6的同相輸入端串接電阻R12后接地，所述電阻Rll的另一端并接電阻R13的一端和電容CS的一端后與電阻R14的一端相連，所述電阻R14的另一端與所述第二運(yùn)算放大器(7)的輸出端A2相連，所述電容CS的另一端接地，所述電阻R13的另一端并接所述電容C7的另一端后與所述運(yùn)放芯片U6的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U6的電源負(fù)端并接電容C9的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U6的電源正端并接電容ClO的一端后與+5V電壓相連，所述電容C9的另一端和電容ClO的另一端均接地； 所述第二電壓跟隨器(9)包括:運(yùn)放芯片U7，所述運(yùn)放芯片U7的同相輸入端串接電阻R15后與所述運(yùn)放芯片U6的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U7的反相輸入端并接所述運(yùn)放芯片U7的輸出端后與電阻R16的一端相連； 所述加法器(10)包括:運(yùn)放芯片U8，所述運(yùn)放芯片U8的同相輸入端并接所述電阻RlO的另一端后與所述電阻R16的另一端相連，所述運(yùn)放芯片U8的反相輸入端并接電阻R17的一端后與電阻R18的一端相連，所述電阻R17的另一端接地，所述電阻R18的另一端與所述運(yùn)放芯片U8的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U8的電源負(fù)端并接電容Cll的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U8的電源正端并接電容C12的一端后與+5V電壓相連，所述電容Cl I的另一端和電容C12的另一端均接地； 所述第二低通濾波器(11)包括:運(yùn)放芯片U9，所述運(yùn)放芯片U9的反相輸入端并接電容C13的一端后與電阻R20的一端相連，所述運(yùn)放芯片U9的同相輸入端串接電阻R21后接地，所述電阻R20的另一端并接電阻R22的一端和電容C14的一端后與電阻R19的一端相連，所述電阻R19的另一端與所述運(yùn)放芯片U8的輸出端相連，所述電容C14的另一端接地，所述電阻R22的另一端并接所述電容C13的另一端后與所述運(yùn)放芯片U9的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片U9的電源負(fù)端并接電容C15的一端后與-5V電壓相連，所述運(yùn)放芯片U9的電源正端并接電容C16的一端后與+5V電壓相連,所述電容C15的另一端和電容C16的另一端均接地； 所述第三電壓跟隨器(12)包括:運(yùn)放芯片U10，所述運(yùn)放芯片UlO的正相輸入端串接電阻R23后與所述運(yùn)放芯片U9的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片UlO的反相輸入端與所述運(yùn)放芯片UlO的輸出端相連，所述運(yùn)放芯片UlO的輸出端與所述V/I轉(zhuǎn)換器(13)的輸入端BI相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光氣體分析儀的激光驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器，其特征在于:所述運(yùn)放芯片U1、運(yùn)放芯片U2、運(yùn)放芯片U3、運(yùn)放芯片U4、運(yùn)放芯片U5、運(yùn)放芯片U6、運(yùn)放芯片U7、運(yùn)放芯片U8和運(yùn)放芯片U9的型號(hào)為OP4177ARU，或?yàn)镺P2177ARMZ。
【文檔編號(hào)】G01N21/39GK104165862SQ201410402516
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】武學(xué)春, 段永亮, 呂小云, 張志星 申請(qǐng)人:山西森達(dá)源科技有限公司