一種用于光纖陀螺儀的光接收轉(zhuǎn)換放大電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光接收轉(zhuǎn)換放大電路，特別是適用于光纖陀螺儀的光接收轉(zhuǎn)換放大電路，屬于儀器設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖陀螺作為測(cè)量角速度、角位移的器件，是慣導(dǎo)系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵部件，被廣泛應(yīng)用于宇宙飛行器、飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦船、裝甲車、汽車等導(dǎo)航系統(tǒng)中。
[0003]其中，閉環(huán)光纖陀螺由光路和電路兩大部分組成。光路部分的主要功能是把光纖陀螺的輸入角速率Ω轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w敏感線圈內(nèi)光波的相位差，并通過(guò)干涉，轉(zhuǎn)變?yōu)樘綔y(cè)器輸出電流的變化。
[0004]電路部分又可分為以下三個(gè)部分:信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換部分、時(shí)序控制及階梯波反饋部分和信號(hào)處理部分。
[0005]信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換部分主要完成對(duì)探測(cè)器輸出電流信號(hào)隔直、濾波、放大，并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，而光接收轉(zhuǎn)換放大電路則是信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換的必須模塊。光接收轉(zhuǎn)換放大電路的主要功能是將光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后得到電信號(hào)，對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，由于光接收轉(zhuǎn)換放大電路的輸出信號(hào)通常作為AD轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，因此它的設(shè)計(jì)要與AD轉(zhuǎn)換器結(jié)合考慮。此外，信號(hào)處理電路本身引入的噪聲也是測(cè)量精度提高的限制因素。
[0006]而高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9225芯片是閉環(huán)光纖陀螺的電路實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的一個(gè)較好選擇，AD9225芯片是ADI公司生產(chǎn)的12位精度、最高采樣速率為25Msps的低噪聲、高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果先用低噪聲放大器對(duì)光檢測(cè)得到的小信號(hào)放大，這樣就可以保證位數(shù)較低的AD9225芯片轉(zhuǎn)換電路能夠準(zhǔn)確的采得小信號(hào)的全部信息，并且AD9225芯片采用模擬差分輸入口 ；綜上，在陀螺儀電路設(shè)計(jì)中我們需要設(shè)計(jì)能與諸如AD9225芯片這樣的位數(shù)較低，并且米用模擬差分輸入口的AD模塊相匹配的光接收轉(zhuǎn)換放大電路。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]針對(duì)上述問(wèn)題和不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:怎樣提供一種電路本身引入噪聲低；能與位數(shù)較低，并且采用模擬差分輸入口的AD模塊相匹配以提高系統(tǒng)測(cè)量精度的光接收轉(zhuǎn)換放大電路。
[0008]為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案。
[0009]—種用于光纖陀螺儀的光接收轉(zhuǎn)換放大電路，其特征在于:包括光接收組件，跨阻放大器，反相放大器和單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊組成；
[0010]所述跨阻放大器輸入端與光接收組件的輸出端相連接；
[0011]跨阻放大器的輸出端與反相放大器的輸入端相連接，反相放大器的輸出端與單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的輸入端相連接，單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的差分輸出端為光電轉(zhuǎn)換放大電路的輸出端；
[0012]所述跨阻放大器包括運(yùn)算放大器0PA627芯片，0PA627芯片的輸出腳和0PA627芯片的負(fù)輸入腳之間設(shè)置有負(fù)反饋電阻RF。
[0013]進(jìn)一步的，所述光接收組件由PIN光電二極管和場(chǎng)效應(yīng)管組成。
[0014]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]本實(shí)用新型選用的信號(hào)處理芯片為運(yùn)算放大器0PA627芯片，以運(yùn)算放大器0PA627芯片為核心實(shí)現(xiàn)了跨阻放大器，由于描述該芯片的優(yōu)點(diǎn)一種精密高速運(yùn)算放大器，為當(dāng)光纖陀螺轉(zhuǎn)速較低時(shí)，轉(zhuǎn)速信號(hào)非常微弱，放大器本身引入的噪聲顯得尤為關(guān)鍵，而本實(shí)用新型中0PA627芯片本身引入噪聲非常小，這有利于提高系統(tǒng)測(cè)量精度；
[0016]此外，本實(shí)用新型采用AD8138芯片實(shí)現(xiàn)了單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊，這使得跨阻放大器輸出的單端信號(hào)(當(dāng)然是經(jīng)反相放大后)能夠轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，供給位數(shù)較低并且需要差分模擬輸入的AD模塊(典型的如AD9225芯片)，跨阻放大器、單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊以及前述特點(diǎn)AD模塊的配合使用使得陀螺儀電路系統(tǒng)噪聲得到降低。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為閉環(huán)光纖陀螺儀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]閉環(huán)光纖陀螺由光路和電路兩大部分組成。光路部分的主要功能是把光纖陀螺的輸入角速率Ω轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w敏感線圈內(nèi)光波的相位差，并通過(guò)干涉，轉(zhuǎn)變?yōu)樘綔y(cè)器輸出電流的變化。電路部分又可分為以下三個(gè)部分:信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換部分、時(shí)序控制及階梯波反饋部分和信號(hào)處理部分。
[0021]具體的，如圖1所示，閉環(huán)光纖陀螺的電路按功能可分為以下電路模塊:光電轉(zhuǎn)換放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路、DA轉(zhuǎn)換電路、光源驅(qū)動(dòng)與溫控電路等。
[0022]如圖2所示，本實(shí)用新型光接收轉(zhuǎn)換放大電路是閉環(huán)光纖陀螺的電路的一個(gè)重要組成部分，本實(shí)用新具體電路組成和電路連接關(guān)系是:
[0023]本實(shí)用新型光接收轉(zhuǎn)換放大電路包括:光接收組件，跨阻放大器，反相放大器和單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊。
[0024]其中，光接收組件能將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。具體的，光接收組件由PIN光電二極管和低噪聲GaAsFET場(chǎng)效應(yīng)管組成，也即是在一個(gè)PIN光電二極管后面集成一個(gè)GaAsFET場(chǎng)效應(yīng)管，GaAsFET場(chǎng)效應(yīng)管有很高的輸入電阻，起到了前端放大的作用，光接收組件采用現(xiàn)有成熟模塊即可。
[0025]如圖2所示，跨阻放大器采用運(yùn)算放大器0PA627芯片實(shí)現(xiàn)；0PA627芯片是一種精密高速運(yùn)算放大器，具體的，0PA627芯片的輸出腳(第6腳)和負(fù)輸入腳(第2腳)之間設(shè)置有負(fù)反饋電阻以實(shí)現(xiàn)跨阻放大(電流-電壓變換)。還可以設(shè)置一個(gè)與負(fù)反饋電阻并聯(lián)的電容，用于進(jìn)行響應(yīng)特性補(bǔ)償。
[0026]0PA627芯片的負(fù)輸入腳是跨阻放大器的輸入端，0PA627芯片的輸出腳是跨阻放大器的輸出端。
[0027]單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊采用AD8138芯片實(shí)現(xiàn)。
[0028]具體電路連接關(guān)系如下:
[0029]跨阻放大器輸入端與光接收組件的輸出端相連接；
[0030]跨阻放大器的輸出端與反相放大器的輸入端相連接，反相放大器的輸出端與單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的輸入端相連接，單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的差分輸出端為光電轉(zhuǎn)換放大電路的輸出端；
[0031]本實(shí)用新型電路的工作原理闡述如下:
[0032]首先闡述閉環(huán)光纖陀螺的電路的基本工作原理:光接收轉(zhuǎn)換放大電路將光電轉(zhuǎn)換后的信號(hào)(陀螺信號(hào))進(jìn)行低噪聲放大，以滿足AD轉(zhuǎn)換電路的輸入范圍要求;AD轉(zhuǎn)換電路用以將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；信號(hào)處理電路對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)好的處理，以獲取轉(zhuǎn)速的精確信息和產(chǎn)生反饋信號(hào)參量；DA轉(zhuǎn)換電路及相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)處理電路形成的數(shù)字反饋調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸出到光路中的鈮酸鋰相位調(diào)制器上；光源驅(qū)動(dòng)與溫控電路用于驅(qū)動(dòng)和穩(wěn)定光路中的SLD光源；信號(hào)處理電路輸出的數(shù)字反饋調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換為422電平后，經(jīng)由RS422接口卡的輸出端直接連到微機(jī)上，用以顯示測(cè)量到的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的大小，以便觀測(cè)。
[0033]本實(shí)用新型的工作原理在于:光接收組件中的PIN光電二極管能夠接收光陀螺儀光路輸出的光信號(hào)(光信號(hào)通過(guò)光纖耦合傳遞)，光接收組件中的場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)PIN光電二極管輸出的光電路進(jìn)行前端放大，再送往后續(xù)電路進(jìn)行處理。
[0034]后續(xù)電路包括跨阻放大器，反相放大器和單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊。
[0035]具體的，跨阻放大器由以運(yùn)放0PA627為核心的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，光接收組件輸出的信號(hào)(陀螺信號(hào))經(jīng)過(guò)0PA627跨阻放大，跨阻放大的原理在于0PA627芯片的輸出腳和0PA627芯片的負(fù)輸入腳之間設(shè)置有負(fù)反饋電阻RF，這形成了一個(gè)跨阻放大器需要的電壓并聯(lián)負(fù)反饋，對(duì)于電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路一旦反饋電阻確定，輸出電壓僅僅取決于輸入電流，也即是取決于光接收組件輸出的微弱電流信號(hào)，放大器的增益量綱為電阻，并且放大器的增益與反饋電阻成正比，反饋電阻取值越大，放大器增益越大。
[0036]跨阻放大器輸出信號(hào)再經(jīng)過(guò)反相放大器進(jìn)一步反相放大。
[0037]最后由于通常使用的AD轉(zhuǎn)換器為差分輸入，因此必須將反相放大器輸出的單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，這一轉(zhuǎn)換任務(wù)由AD8138芯片完成，以AD8138芯片為核心的單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊將單端信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào)以后送入AD轉(zhuǎn)換模塊的模擬輸入引腳VINA和VINB0
[0038]本實(shí)用新型選用的信號(hào)處理芯片為運(yùn)算放大器0PA627芯片，以運(yùn)算放大器0PA627芯片為核心實(shí)現(xiàn)了跨阻放大器，由于描述該芯片的優(yōu)點(diǎn)一種精密高速運(yùn)算放大器，為當(dāng)光纖陀螺轉(zhuǎn)速較低時(shí)，轉(zhuǎn)速信號(hào)非常微弱，放大器本身引入的噪聲顯得尤為關(guān)鍵，而本實(shí)用新型中0PA627芯片本身引入噪聲非常小，這有利于提高系統(tǒng)測(cè)量精度；
[0039]此外，本實(shí)用新型采用AD8138芯片實(shí)現(xiàn)了單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊，這使得跨阻放大器輸出的單端信號(hào)(當(dāng)然是經(jīng)反相放大后)能夠轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，供給位數(shù)較低并且需要差分模擬輸入的AD9225芯片，而如【背景技術(shù)】所述AD9225芯片在陀螺儀電路中的使用又能使得系統(tǒng)噪聲得到降低。
[0040]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于光纖陀螺儀的光接收轉(zhuǎn)換放大電路，其特征在于:包括光接收組件，跨阻放大器，反相放大器和單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊組成； 所述跨阻放大器輸入端與光接收組件的輸出端相連接； 跨阻放大器的輸出端與反相放大器的輸入端相連接，反相放大器的輸出端與單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的輸入端相連接，單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的差分輸出端為光電轉(zhuǎn)換放大電路的輸出端； 所述跨阻放大器包括運(yùn)算放大器0PA627芯片，0PA627芯片的輸出腳和0PA627芯片的負(fù)輸入腳之間設(shè)置有負(fù)反饋電阻RF。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光纖陀螺儀的光接收轉(zhuǎn)換放大電路，其特征在于，所述光接收組件由PIN光電二極管和場(chǎng)效應(yīng)管組成。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于光纖陀螺儀的光接收轉(zhuǎn)換放大電路，包括光接收組件，跨阻放大器，反相放大器和單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊；跨阻放大器輸入端與光接收組件的輸出端相連接；跨阻放大器的輸出端與反相放大器的輸入端相連接，反相放大器的輸出端與單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的輸入端相連接，單端輸入轉(zhuǎn)差分輸出模塊的差分輸出端為光電轉(zhuǎn)換放大電路的輸出端。本實(shí)用新型具有電路本身引入噪聲非常小，有利于提高系統(tǒng)測(cè)量精度優(yōu)點(diǎn)；此外本實(shí)用新型具有能與位數(shù)較低，并且采用模擬差分輸入口的AD模塊相匹配以提高系統(tǒng)測(cè)量精度的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H03F3/08, H03F3/45, G01C19/72
【公開(kāi)號(hào)】CN204948032
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520490411
【發(fā)明人】李會(huì)軍
【申請(qǐng)人】重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年6月30日