CN102364405A - 光源驱动电路温控性能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种光源驱动电路温控性能检测装置，包括：处理模块，用于模拟环境温度变化和模拟光源内部热电制冷器功能；转换模块，分别与处理模块、光源驱动电路的两个温控电流输出端连接，用于将温控电流转换为电压并输送给处理模块；比较模块，具有两个输入端和一个输出端，其中一个输入端接收处理模块产生的模拟环境温度变化的信号，另一个输入端接收处理模块根据温控电流转换成的电压模拟的光源内部加热制冷状态的信号，通过两个输入端接收的信号的比较以控制输出电压的变化，并将输出电压经输出端输送给光源驱动电路以及送回处理模块；处理模块将比较模块输出电压的初值与送回的电压进行比较以判断光源驱动电路温控性能的好坏。

Description

光源驱动电路温控性能检测装置

技术领域

本发明涉及一种光源驱动电路检测装置，具体涉及一种光源驱动电路温控性能检测装置。

背景技术

光源是光纤传感器和光放大器等的关键器件，以半导体激光器为例，具有转换效率高、体积小、重量轻、可靠性高、能直接调制及与其它半导体器件集成能力强等特点，在光纤传感、光放大、光通信、激光雷达、光谱测试等领域都有着广泛的应用。光源的性能尤其是稳定性直接影响到光纤传感器的灵敏度和测试精度，光放大器的噪声系数和稳定性，光通信的误码率，激光雷达的测距精度和光谱测试的准确度等性能。因此，保持光源的稳定性，尤其是其在工作时和外界温度变化情况下光功率和输出波长的稳定性，具有重要意义。

温度的变化对光源输出功率的稳定性和输出波长的稳定性有着很大的影响。以半导体激光二极管为例。环境温度的波动和管芯工作引起的温度变化不仅会引起供给电流的波动，还会使激光器的阈值电流、量子效率、输出波长和输出功率等都发生很大的变化。对于光源在任何领域的应用，总是希望它能长期稳定地工作，因此对光源的恒温控制就显得极为重要。

目前的温控电路一般通过恒温控制芯片来实现。其中，光源作为被控对象，不同的被控对象具有不同的数学模型，在通过固定的控制算法(如常规PID控制算法)驱动控制器(即恒温控制芯片和光源内部的热电制冷器)工作，要达到稳定的控制所对应的控制算法内的参数配置会发生变化，如PID控制中P、I、D参数可能发生变化，对应于恒温控制芯片外围电阻和电容的配置值也需要随之改变。另外，输出给热电制冷器(TEC)的驱动电流也可能因为电路的不稳定而过大，从而对热电制冷器造成损坏。因此，需要对给光源配套的驱动电路中的温控模块进行检测，确保其工作正常以及对于该光源的适用性。

现有的光源板温控电路性能测试系统一般需要光源、温箱或光源、外置半导体制冷器及其驱动电路来实现，结构复杂，操作不便，可靠性差，且由于需要使用光源，易于造成光源在测试过程中的耗损甚至损坏。

现有技术中基于光源和外置半导体制冷器及其驱动电路构建的光源板温控性能检测系统的原理框图如图1的虚线框内结构所示。根据珀尔帖效应，通过给外置半导体制冷器分别施加正向和反向的电流可以改变半导体制冷器冷端的温度分别为制冷状态和加热状态。此时，光源内部的热敏电阻会随着光源温度的变化(上升或下降)而变化(上升或下降)，反映到桥式电路中出现电桥不平衡，该不平衡电压被恒温控制芯片采集并通过固定的控制算法进行控制，其中输出的加热(或制冷)电流通过TEC+与TEC-接线端供给光源内部的热电制冷器来实现控制。当反馈回的误差进入稳态误差带后，可以认为光源的温度基本保持恒定，此时光源内部热敏电阻阻值基本保持恒定，维持在初值的一个稳态误差带内，表现为桥路回复平衡，即实现了光源的恒温控制。通过监测光源内部热敏电阻阻值是否在初值的误差带内即可监测光源板温控性能是否正常。

该技术的缺点在于：结构复杂，操作不便，可靠性差，显示不够直观，且在测试过程中需使用光源，易于造成光源在测试过程中的耗损甚至损坏。由于半导体制冷器制冷效率的限制，为了检测摄氏零度以下的温控性能，有时需要将几个半导体制冷器串联起来提高其制冷效率。上面的缺陷影响了该技术在实际中的广泛应用。

现有技术中基于光源和温箱构建的光源板温控性能检测系统与基于光源和外置半导体制冷器及其驱动电路构建的光源板温控性能检测系统类似，区别仅在于将外置半导体制冷器及其驱动电路换成了温箱。

该技术的缺点在于：结构复杂，操作不便，可靠性差，显示不够直观，且在测试过程中需使用光源，易于造成光源在测试过程中的耗损甚至损坏。在对温控性能检测要求变温范围较宽时无疑也对温箱提出了较高要求，这就增加了检测的成本和不便。上面的缺陷严重影响了该技术在实际中的广泛应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有光源驱动电路温控性能测试系统操作不便和易于损坏光源等缺点，本发明提出了一种数字化模拟环境变温和光源功能的新型光源驱动电路温控性能检测装置，通过数字化模拟环境变温或管芯负载工作状态(产生桥路误差)、数字化模拟光源内部TEC加热制冷来实现数字化监测温控电路的动态控制效果，并给出直观的显示。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种光源驱动电路温控性能检测装置，包括：

处理模块，用于模拟环境温度变化和模拟光源内部加热制冷状态；

转换模块，分别与所述处理模块、光源驱动电路的两个温控电流输出端连接，用于将温控电流转换为电压并输送给处理模块；

比较模块，具有两个输入端和一个输出端，两个输入端均与所述处理模块连接，其中一个输入端接收处理模块产生的模拟环境温度变化的信号，另一个输入端接收处理模块根据所述温控电流转换成的电压模拟的光源内部加热制冷状态的信号，通过两个输入端接收的信号的比较以控制输出电压的变化，并将输出电压经输出端输送给光源驱动电路以及送回处理模块；

所述处理模块将比较模块输出电压的初值与所述送回的电压进行比较以判断光源驱动电路温控性能的好坏。

优选地，本发明光源驱动电路温控性能检测装置还包括：显示模块，与所述处理模块连接，用于显示光源驱动电路温控性能的好坏。

优选地，所述处理模块为FPGA芯片，与所述比较模块的两个输入端之间分别设有数模转换器D/A，与所述转换模块的输出端之间设有模数转换器A/D，与所述比较模块的输出端之间设有模数转换器A/D。

优选地，所述处理模块为DSP芯片。

优选地，所述处理模块为单片机。

优选地，所述转换模块为但不限于：电流型运放。

优选地，所述比较模块为但不限于：减法运算放大器或加法运算放大器或加减法运算放大器。

(三)有益效果

1.结构简单，无需温箱或半导体致冷器及其驱动电路，成本低，操作方便；

2.无需光源，可以避免光源在用于检测光源驱动板的温控功能时可能出现的耗损或损坏；

3.参数可编程修改，方便耐用，可实现数字化精确模拟环境变温(或管芯负载工作状态)、数字化模拟光源内部TEC加热制冷、数字化监测温控电路的动态控制效果。

4.显示直观，集成度高，易于实现。

附图说明

图1是现有技术中基于光源和外置半导体制冷器及其驱动电路构建的光源驱动电路温控性能检测系统的结构框图；

图2是本发明光源驱动电路温控性能检测装置的结构框图；

图3是本发明一实施例的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不是限制本发明的范围。

如图2虚线框内结构所示，本发明所述的光源驱动电路温控性能检测装置，包括：处理模块10，用于模拟环境温度变化和模拟光源内部热电制冷器功能；转换模块30，分别与所述处理模块10、光源驱动电路的两个温控电流输出端连接，用于将温控电流转换为电压并输送给处理模块10；比较模块20，具有两个输入端和一个输出端，两个输入端均与所述处理模块10连接，其中一个输入端接收处理模块10产生的模拟环境温度变化的信号，另一个输入端接收处理模块10根据所述温控电流转换成的电压模拟的光源内部加热制冷状态的信号，通过两个输入端接收的信号的比较以控制输出电压的变化，并将输出电压经输出端输送给光源驱动电路以及送回处理模块10；所述处理模块10将比较模块20输出电压的初值与所述送回的电压进行比较以判断光源驱动电路温控性能的好坏。

本发明光源驱动电路温控性能检测装置，还可以包括显示模块40，与所述处理模块10连接，用于显示光源驱动电路温控性能的好坏。

如图3如虚线框内结构所示，为本发明光源驱动电路温控性能检测装置的一实施例。在FPGA芯片11内产生模拟环境温度变化的信号，经过D/A芯片12后转换为模拟信号，施加到减法运算放大器21的反向输入端，从而控制减法运算放大器21的输出电压变化。减法运算放大器21的输出接到桥式电路的RT(即现有技术中原光源内热敏电阻的一个引脚输出端，另一个引脚输出端接地，也是桥式电路中一臂的两个接线端)，从而通过控制RT端电压的变化来控制桥路输出的不平衡电压，来实现模拟环境温度变化或是管芯负载工作的功能。桥式电路的不平衡电压被恒温控制芯片(温控电路)采集并通过固定的控制算法进行控制，其中输出的加热(或制冷)电流通过TEC+与TEC-接线端送到电流型运放31的反馈电阻两端，从而可以通过该电流型运放31的输出电压监测温控芯片输出控制电流的流向和大小。该电流型运放31的输出电压通过A/D芯片13转换为数字信号，送回到FPGA11内部，在其内部模拟光源内部热点制冷器的控制规律，并通过D/A芯片14输出给减法运算放大器21中反向输入端的另一接线端，从而实现对桥路端子RT电压的控制。RT电压通过A/D芯片15转换为数字信号，再送回FPGA11内部，与RT电压初值的数字量进行比较，如果差值在允许的误差带内，则认为光控过程进入了稳态，此时的结果输出给显示模块用于直观显示光源板光控功能的好坏。

本实施例中，该电路中的FPGA11也可以换成DSP或单片机等数字芯片，其控制作用相同。

本实施例中，该电路中的减法运算放大器21可以改成加法运算放大器或加减运算放大器，或者通过FPGA数字化实现该减法运算放大器的功能再通过D/A芯片转化为模拟信号加载到桥式电路的RT端，其作用相同。

本实施例中，该电路中的电流型运放，功能是实现温控电流到电压的转换(I/V变换)，其它类似实现此功能的电路也可替代。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光源驱动电路温控性能检测装置，其特征在于，包括：

处理模块(10)，用于模拟环境温度变化和模拟光源内部热电制冷器功能；

转换模块(30)，分别与所述处理模块(10)、光源驱动电路的两个温控电流输出端连接，用于将温控电流转换为电压并输送给处理模块(10)；

比较模块(20)，具有两个输入端和一个输出端，两个输入端均与所述处理模块(10)连接，其中一个输入端接收处理模块(10)产生的模拟环境温度变化的信号，另一个输入端接收处理模块(10)根据所述温控电流转换成的电压模拟的光源内部加热制冷状态的信号，通过两个输入端接收的信号的比较以控制输出电压的变化，并将输出电压经输出端输送给光源驱动电路以及送回处理模块(10)；

所述处理模块(10)将比较模块(20)输出电压的初值与所述送回的电压进行比较以判断光源驱动电路温控性能的好坏。

2.如权利要求1所述的光源驱动电路温控性能检测装置，其特征在于，还包括：

显示模块(40)，与所述处理模块(10)连接，用于显示光源驱动电路温控性能的好坏。

3.如权利要求1所述的光源驱动电路温控性能检测装置，其特征在于，所述处理模块(10)为FPGA芯片(11)，与所述比较模块(20)的两个输入端之间分别设有数模转换器D/A(12，14)，与所述转换模块(30)的输出端之间设有模数转换器A/D(13)，与所述比较模块(20)的输出端之间设有模数转换器A/D(15)。

4.如权利要求3所述的光源驱动电路温控性能检测装置，其特征在于，所述处理模块(10)为DSP芯片。

5.如权利要求3所述的光源驱动电路温控性能检测装置，其特征在于，所述处理模块(10)为单片机。

6.如权利要求1所述的光源驱动电路温控性能检测装置，其特征在于，所述转换模块(30)为但不限于：电流型运放(31)。

7.如权利要求1所述的光源驱动电路温控性能检测装置，其特征在于，所述比较模块(20)为但不限于：减法运算放大器或加法运算放大器或加减法运算放大器。

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