CN210691081U - 一种基于对数放大器的光功率测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于对数放大器的光功率测量装置，涉及光检测设备技术领域，包括模拟单元、数字单元和电源单元，所述数字单元包括模数转换器、微处理器、线性电源和USB转串口，所述模拟单元包括光电二极管、对数放大器、第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源和低噪串联基准电压源，所述电源单元与第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源、低噪串联基准电压源、线性电源和USB转串口均电连接。本实用新型解决了光功率计价格昂贵，且不利于器件选型的问题，提供了一种基于对数放大器的光功率测量装置。

Description

一种基于对数放大器的光功率测量装置

技术领域

本实用新型涉及光检测设备技术领域，特别涉及一种基于对数放大器的光功率测量装置。

背景技术

市面上的一些普通光功率计由于采样精度不高，无法让PC机使用指令采集数据，并且大多采用的方案是跨阻放大，其引入噪声较大且选用电阻阻值达到兆欧级别，不利于器件的选型，而一些高精度的光功率计如安捷伦的N7744A，虽然采样精度很高但价格非常昂贵。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的光功率计价格昂贵，且不利于器件选型的问题，本实用新型提供了一种基于对数放大器的光功率测量装置。

具体技术方案如下：

一种基于对数放大器的光功率测量装置，包括模拟单元、数字单元和电源单元，所述数字单元包括模数转换器、微处理器、线性电源和USB转串口，所述模数转换器与微处理器信号连接，所述线性电源与微处理器电连接，所述USB转串口与微处理器信号连接，所述模拟单元包括光电二极管、对数放大器、第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源和低噪串联基准电压源，所述光电二极管与对数放大器信号连接，所述对数放大器与模数转换器信号连接，所述第一低噪声线性电源与对数放大器和模数转换器电连接，所述第二低噪声线性电源和低噪串联基准电压源与模数转换器电连接，所述电源单元与第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源、低噪串联基准电压源、线性电源和USB转串口均电连接。

优选的，所述第一低噪声线性电源为ADP71183.3V第一低噪声线性电源，所述第二低噪声线性电源为ADP71182.5V第二低噪声线性电源，所述低噪串联基准电压源为ADR366B3.3V低噪串联基准电压源。

优选的，所述微处理器为STM32F103C8T6电路板，且所述微处理器设置有板上调试和预留接口。

优选的，所述模数转换器为单通道16位SAR型ADC，且所述模数转换器的最高采样率为100kSPS。

优选的，所述电源单元为USB接口提供的5V供电。

优选的，所述电源单元通与USB转串口通信连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型系统以STM32F103C8T6为核心，整个硬件系统主要分为模拟和数字以及电源三大部分，电源输入为USB口提供的5V供电，模拟电源考虑选用ADI高质量的LDO以减小噪声，数字电源使用通用LDO进行稳压输出，以均衡成本和质量。本实用新型具有和上位机/上位处理器串口/USB通讯的能力，具有一定IO扩展能力，方便调试和器件采购。

附图说明

图1为本实用新型一种基于对数放大器的光功率测量装置的系统架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型公开了一种基于对数放大器的光功率测量装置，如图1所示，包括模拟单元、数字单元和电源单元，数字单元包括模数转换器、微处理器、线性电源和USB转串口，模数转换器与微处理器信号连接，线性电源与微处理器电连接，USB转串口与微处理器信号连接。电源单元为USB接口提供的5V供电。电源单元通与USB转串口通信连接。

优选的，本申请中的微处理器为STM32F103C8T6电路板，且微处理器设置有板上调试和预留接口。本实用新型系统以STM32F103C8T6为核心的主控器电路板。主要完成的功能是：接收并解析串口指令；通过SPI接口控制外部DAC；ADC、光功率等多个关联参数的计算和换算；记录并提供当前工作的一些状态信息；LED等简单指示功能，工作灯常亮，接收到有效指令并完成处理后，指令灯闪烁，默认熄灭。

进一步优选的，模数转换器为单通道16位SAR型ADC，且模数转换器的最高采样率为100kSPS。AD7988-1是16位、逐次逼近型模数转换器(ADC)，采用单电源VDD供电，可将采集到的模拟信号转换为数字信号。

进一步优选的，线性电源选择为XC6206P332MR 3.3V线性电源，此线性电源是一款可将1.8V-6V的电源电压，转换成3.3V电压输出，为STM32提供3.3V的工作电压。USB转串口选用CH340G USB转串口，CH340是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口或者USB转打印口，从而使电脑可以通过串口和STM32单片机进行通信。

如图1所示，模拟单元包括光电二极管、对数放大器、第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源和低噪串联基准电压源，光电二极管与对数放大器信号连接，光电二极管(PD)可以将不同波长、频率的光信号的光功率值转化为电流大小输出。由于光电二极管(PD)探测出的光功率为微弱的电流信号，由对数放大器进行放大压缩并转化为电压信号。对数放大器与模数转换器信号连接，第一低噪声线性电源与对数放大器和模数转换器电连接，第二低噪声线性电源和低噪串联基准电压源与模数转换器电连接，电源单元与第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源、低噪串联基准电压源、线性电源和USB转串口均电连接。

优选的，第一低噪声线性电源为ADP71183.3V第一低噪声线性电源，第二低噪声线性电源为ADP71182.5V第二低噪声线性电源，ADP7118是一款CMOS、低压差(LDO)线性稳压器，采用2.7V至20V电源供电，最大输出电流为200mA。这款高输入电压LDO适用于调节20V至1.2V供电的高性能模拟和混合信号电路。该器件采用先进的专有架构，提供高电源抑制、低噪声特性，仅需一个2.2μF小型陶瓷型输出电容，便可实现出色的线路与负载瞬态响应性能。ADP7118稳压器输出噪声为11μVrms，与5V及以下的固定选项输出电压无关。

进一步优选的，低噪串联基准电压源为ADR366B3.3V低噪串联基准电压源。此电源是为模数转换芯片提供基准的参考电压，具有低功耗、高精度和小尺寸特性。只需比输出电压高出300mV的电源提供稳定的输出电压。无需外部电容，可进一步节省电路板空间、降低成本。

本实用新型系统以STM32F103C8T6为核心的主控器电路板，整个硬件系统主要分为模拟和数字以及电源三大部分，电源输入为USB口提供的5V供电，模拟电源考虑选用ADI高质量的LDO以减小噪声，数字电源使用通用LDO进行稳压输出，以均衡成本和质量。数字部分实现对上层设备的数字接口以及完成对ADC的驱动，同时完成数据处理工作。模拟部分则围绕对数放大器和模数转换进行设计，本设计没有对对数放大输出进行高阶低通滤波(只进行简单抗混叠)的原因是由于对数域滤波将导致信号严重失真，只适合检测直流。系统中PD(光电二极管)将光功率转换为电流量，但由于PD探测出的电流信号非常的微弱，为此我们通过对数放大器进行放大压缩并转化为电压信号，取探头灵敏度为1mW/mA，则0dBm的光功率对应1mA。然后通过模数转换器将采集到的模拟信号再转换为数字信号，最后通过STM32芯片中的12位ADC采集电压信号，计算反推出输入的光功率。计算出光功率值，通过USB转串口模块将数据发送到电脑。本实用新型具有和上位机/上位处理器串口/USB通讯的能力，具有一定IO扩展能力，方便调试和器件采购。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于对数放大器的光功率测量装置，包括模拟单元、数字单元和电源单元，其特征在于：所述数字单元包括模数转换器、微处理器、线性电源和USB转串口，所述模数转换器与微处理器信号连接，所述线性电源与微处理器电连接，所述USB转串口与微处理器信号连接，所述模拟单元包括光电二极管、对数放大器、第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源和低噪串联基准电压源，所述光电二极管与对数放大器信号连接，所述对数放大器与模数转换器信号连接，所述第一低噪声线性电源与对数放大器和模数转换器电连接，所述第二低噪声线性电源和低噪串联基准电压源与模数转换器电连接，所述电源单元与第一低噪声线性电源、第二低噪声线性电源、低噪串联基准电压源、线性电源和USB转串口均电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于对数放大器的光功率测量装置，其特征在于：所述第一低噪声线性电源为ADP71183.3V第一低噪声线性电源，所述第二低噪声线性电源为ADP71182.5V第二低噪声线性电源，所述低噪串联基准电压源为ADR366B3.3V低噪串联基准电压源。

3.根据权利要求1所述的一种基于对数放大器的光功率测量装置，其特征在于：所述微处理器为STM32F103C8T6电路板，且所述微处理器设置有板上调试和预留接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于对数放大器的光功率测量装置，其特征在于：所述模数转换器为单通道16位SAR型ADC，且所述模数转换器的最高采样率为100kSPS。

5.根据权利要求1所述的一种基于对数放大器的光功率测量装置，其特征在于：所述电源单元为USB接口提供的5V供电。

6.根据权利要求5所述的一种基于对数放大器的光功率测量装置，其特征在于：所述电源单元通与USB转串口通信连接。

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