一种高Q值硅微陀螺谐振频率快速锁定方法

提出了一种高Q值微陀螺快速锁定谐振频率的方法,可以减小其锁相环的调节时间。该方法基于高Q值微陀螺驱动模态受迫响应的瞬态分量包含谐振频率信息且持续时间长的特点,首先简要介绍了高Q值对锁相环锁定过程的影响,重点分析了其对锁频速度的影响;然后通过理论推导以及系统仿真验证了所提方法的可行性和有效性;最后基于FPGA设计了数字驱动电路,并对高Q值陀螺（Q值约为200000）进行驱动模态谐振频率锁定测试。试验结果表明,该方案可以有效控制压控振荡器（VCO）输出信号频率由初始频率迅速跳频至谐振频率附近,并由锁相环迅速锁定。     

基于FPGA的宽频超声波电源频率跟踪系统设计

针对传统超声波电源无法驱动及锁频不同谐振频率段的换能器,实现不了宽频域内的锁相和频率跟踪的问题,设计了一种基于FPGA的具有自动频率搜索与跟踪、动态匹配不同谐振频率换能器的宽频域超声波电源。根据换能器的阻抗特性曲线,设计出动态步长的宽频域频率搜索方法,快速跟踪到换能器的谐振频率,并根据反馈电路的电压电流相位差,实时调整输出频率,锁定整个系统工作在谐振状态。实验结果表明,设计的宽频域超声波电源频率搜索快、跟踪准,动态匹配换能器适应性好。     

谐振式光纤陀螺环路锁频技术研究

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG)是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测量旋转角速率的一种新型光学传感器.对基于调相谱检测技术R-FOG系统中的环路频率锁定技术进行了研究.通过对系统光学回路和处理电路部分分别进行建模,利用反馈控制系统理论,分析了整个环路的传递函数,得到了整个环路起主导作用的简化模型.利用该简化模型,在一定的光学回路参数条件下,得到了处理电路的最佳锁定参数,并进一步在实验中得到验证.     

谐振式陀螺检测信号调制技术研究

谐振式光纤陀螺（Resonator Fiber Optic Gyro,R-FOG）是基于Sagnac效应产生的谐振频率差来测试旋转角速率的一种新型传感器。实验对比了三种调制波形对谐振信号信噪比的影响,分析了锯齿波调制中复位脉冲问题以及三角波调制中的瞬态响应问题,确定了正弦波为最佳调制波形,提高了谐振信号的信噪比。在陀螺系统的锁频环路中,通过正弦波调制、解调得到了用于边带锁频（PDH）技术稳频的解调曲线,验证了正弦波调制方法的可行性及优越性。     

基于FPGA的DPLL设计与仿真实现

本文分析了超前滞后型数字锁相环(LL-DPLL)的基本组成和工作原理,用VHDL语言对该系统进行了设计,给出了数字锁相环电路3个主要模块的设计方法及仿真结果,得到了该系统的顶层电路,最后根据整个系统的仿真结果分析了系统的稳态性能。整个系统的锁相环部分达到了锁定速度快、相位抖动小、锁定精度高的结果。     

基于改进的PID算法的光模块设计和实现

讨论了基于100G可调谐激光器光模块的设计与实现,简单介绍了MCU中各个模块功能。主要的技术涉及TEC控制、波长锁定、波长调谐和功率补偿等。通过分析传统的位置式PID算法,改良PID算法并使用该算法实现波长锁定,这样可以防止在系统调整过程中,因调整量过冲而发生的波长漂移甚至失锁。     

STM32的窄线宽半导体激光器驱动电路设计

设计了一种高稳定性的激光器驱动电路。激光器驱动电路硬件主要包括温控模块、恒流驱动模块以及电流调谐模块，电路设计采用STM32微处理器作为主控芯片，ADN8443作为温度控制器件，结合PWM控制方案实现温度控制，设计恒流驱动电路以及电流调谐电路实现半导体激光器的稳定输出。经过测试，功率稳定度为0.16%,波长稳定度为0.23 ppm,电路具有可调谐、体积小、效率高、驱动能力强等优点，能够实现激光器的稳定控制。     

宽动态范围微弱信号光电检测系统

昼夜工作的探测器在一天中处于不同照度环境下的信号探测,为了精确测量出工作在宽动态范围照度下的光电探测器的输出信号,利用FPGA工具和相关检测原理设计了一套宽动态范围高精度信号测量采集系统;该系统由接受光学系统模块,跨阻放大电路模块,锁相放大电路模块以及A/D采集模块组成,接受光学系统实现了屏蔽杂散光功能,对水平与垂直方向上的光强进行了误差校正;跨阻放大电路和锁相放大电路实现了微弱信号的放大和噪声的抑制,A/D采集模块将数据实时采集显示;在暗室环境下,以中心波长为650nm稳功率激光器为光源,使用滨松S2386-5K光敏二极管为光电探测器进行试验,实验过程中通过改变信号调制频率和激光器功率大小,最终选择调制信号频率为1000Hz最为适宜;实验结果表明,光电检测系统在照度范围为均可以完成准确测量,拓宽了测量的动态范围,实际测量值与理论值误差在精度允许范围之内,该研究对于其它波长的光源或其它微弱信号检测系统的设计与分析具有借鉴意义;     

串联谐振耐压试验仪的设计与仿真

针对XLPE电力电缆耐压测试成本高、操作复杂等问题,本文中设计了一种变频串联谐振耐压试验装置。利用串联谐振电路的升压原理,构建了硬件电路,通过仿真对选择谐振点等问题进行了探讨。为了改进普通串联谐振耐压测试装置寻找谐振点慢、精度低的缺点,提出了一种解决方案。仿真结果表明,该方法能精确地确定谐振点。装置输出波形可靠性好,谐波分量少,具有良好的性能。     

发明与专利

【摘要】本发明公开了一种无源LC谐振式传感器的无线读出电路,包括荦．片机控制模块、DDS扫频信号发生模块、射频电桥检测模块、缓冲放大模块以及按键和显示模块,其中射频电桥四个臂分别由三个50Q精密电阻和一个读出线圈构成,读出线圈和无源LC传感器构成松耦合变压器。本发明的无线读出电路结构简单,易于实现,可以对无源LC传感器的谐振频率进行无线测量,     

振动式微机械陀螺驱动控制电路研究

本文分析了微机械陀螺检测灵敏度和驱动信号频率和幅度的关系,在此基础上提出了一种振动式微机械陀螺驱动控制环路方案并给出了相应的电路实现方法.它利用陀螺谐振时驱动信号和驱动模态位移信号具有900相位差这一特性,采用锁相方式完成驱动轴的稳频控制,恒幅控制环节则采用半波整流电路及后续的直流电压调整电路实现,从而完成了对驱动轴的锁相和恒幅双环路控制,保证了陀螺驱动轴的谐振和振幅恒定,有效的提高了陀螺的灵敏度和标度因子的稳定性.最后针对音叉电容式微机械陀螺进行的开闭环对比实验证明,添加控制环路的检测电路零偏稳定性提高了10倍左右.     

MM74HC4046在电压型逆变器中的设计与优化

针对通用锁相环频率特性中高频部分线性不足的问题,对锁相环进行了改进。通过对MM74HC4046锁相环内部结构的分析,提出了一种锁相环频率特性的优化,设计出扩展压控振荡器的频率范围和改善其控制电压的电路。通过实验验证,优化后的锁相环频率特性线性度和稳定性都有了很大的改善,使得锁相环电路有更广泛的应用和很强的实用性。     

PPM水下激光通信同步技术的研究

水下激光通信由于信道的特殊性,对于调制解调的方式比常规的激光通信有独特地要求。采用脉冲位置调制解调方式实现的水下激光通信系统兼顾了带宽利用率和功率利用率,有着巨大的应用前景。考虑以往的脉冲位置调解系统都是板级电路,如何将系统单片集成化已成为一种趋势。传统的脉冲位置解调系统有的是对频率要求较为苛刻,或者是采用了模拟器件,因此并不适合单片集成化。针对脉冲位置通信的特点,提出了一种新特别的数字锁相环的解决方式,来实现PPM信号的时隙同步,避免了传统的数字锁相结构由于调整时钟周期,而带来的逻辑延迟不足的风险。同时针对激光通信的特点,也提出了一种新的帧同步解决方式。最后的结果在Xilinx的ML505上验证通过。     

激光稳频控制系统仿真与实验研究

窄线宽稳频半导体激光器在干涉测量、光学频标、精密光谱测量等研究领域有着广泛的应用。自由运转的半导体激光器每天的频率漂移量可以达到GHz,因此研究半导体激光器的稳频具有十分重要的意义。本文以PDH稳频为例,基于PLL理论建立了激光稳频过程的数学模型,计算了激光稳频过程的误差传递函数。利用Matlab/Simulink搭建了激光稳频仿真模型,分析了环境变化时激光器失锁机理,结果表明控制电路内部信号可作为失锁判据。进一步利用积分扫描方式搭建了一套激光器稳频试验系统,针对环境因素的变化,对激光器失锁过程进行了研究,实验结果与仿真结果基本一致。同时在稳频系统精密控温的情况下,实现了对激光器长时间稳频,其频率不稳定度小于5MHz。     

0.001 3 mm2自动频率校正算法电路的设计及应用

在高速串行接口PCIE2.0的设计中,为了保证数据传输的正确性,数据串行传输的工作时钟需要在很短的时间内完成锁定。为了减小锁相环的锁定时间,提高时钟稳定性,在传统的顺序搜索自动频率校正算法电路的基础上,提出了一种新的二进制搜索算法校正电路,并且应用于5 GHz的锁相环中,最大校正时间为22.5 μs。锁相环在SMIC 55 nm CMOS工艺下流片,SS工艺角下,AFC电路的面积为0.001 3 mm2。经测试,锁相环能够快速锁定,性能良好。     

石英挠性加速度计表头力矩器噪声模型研究

石英挠性加速度计的内部力矩器噪声对于高精度的加速度计应用系统的影响是不可忽视的,但很少引起高度重视.针对高精度加速度计电路应用需要,研究了力矩器机械热噪声和力矩器线圈谐振的影响,建立了表头内部力矩器噪声电路模型,设计了测试电路,并对噪声电路模型进行了测试与验证.理论和实验结果均表明:机械热噪声产生的等效加速度对系统影响较小,力矩器线圈影响的谐振与驱动方式及驱动频率有关,脉宽调制(PWM)波驱动方式较正弦波驱动方式产生的谐振影响更大,当驱动频率靠近谐振点时,产生毫安(mA)级的谐振电流.模型的建立对石英挠性加速度计应用具有较好的参考价值.     

MEMS石英振梁高增益谐振电路的设计与分析

介绍了一种基于新型高阻抗QVBA的高增益谐振电路设计和谐振电路的分析测试实验。利用阻抗分析仪4294A测得石英振梁的等效参数,对石英振梁的电气特性进行分析,发现高阻抗石英振梁起振比普通晶振需要更高增益。基于双门振荡电路,利用运算放大器在开环系统中具有无限增益的理论,提高谐振电路的驱动能力。同时采用谐波抑制网络,指出谐波抑制网络可以抑制无用的频率避免传感器输出信号出现泛音频率,并提高谐振电路的稳频速度。考虑电噪声对输出波形质量的影响,在电路的输入部分采用滤波电容,并在电路的输出部分采用反向器整形,使电路输出标准的方波信号。最后利用安捷伦DSO5012A型号示波器和频率计对高增益谐振电路和石英振梁组成的谐振系统进行测试,测试结果表明本文设计的谐振电路与石英振梁组成的谐振系统可以输出标准的方波信号,输出频率精度达到10-5 kHz,在振动稳定以后频率变化小于0.1 Hz,无泛音频率出现,对研究高精度MEMS加速度计传感器具有重要意义。     

一种GaN FET的窄脉冲激光器驱动电源系统设计

针对半导体激光器驱动电路在低纳秒级对激光光脉冲调节困难的问题,研究了一种基于GaN高速半导体器件的半导体激光器的驱动方案,可实现激光光脉冲的宽度、高重复频率的高精度调节;在设计上,利用FPGA门电路现场可编辑、低功耗等特点,基于Xilinx Zynq平台搭建前置时序产生电路,输出时序信号;设计储能电路,通过驱动氮化镓场效应晶体管(GaN FET)作为开关控制储能回路,最终实现激光光脉冲低纳秒级的精密调节;经过实验验证和分析,该驱动电路能稳定输出脉冲宽度3~200 ns可调、重复频率0~1 MHz可调、峰值功率超过70 w、上升沿时间小于5 ns的激光光脉冲信号。     

基于DSP和CPLD开发容性设备介损在线监测终端

为了在完成数据采集的同时还能进行各种处理和控制,设计开发了一种基于DSP和CPLD技术的高压容性设备介损在线监测终端。阐述了该终端中高速A/D转换电路与DSP接口电路、锁相倍频电路及其他通讯接口电路的具体实现方法,以及基于DSP采用优化的傅里叶变换求取介质损失角正切(tgδ)的方法。经试验表明,系统工作稳定可靠。