一種基于fpga的cpt原子鐘激光器的溫度校準裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，該裝置包括多個模擬信號輸入端；多個模擬信號輸出端；與所述多個模擬信號輸入端連接的模/數轉換器；與所述多個模擬信號輸出端連接的數/模轉換器；與模/數轉換器連接的第一數據緩存模塊；與數/模轉換器連接的第二數據緩存模塊；和分別連接在第一數據緩存模塊和第二數據緩存模塊之間的激光器溫度控制模塊，用于對來自所述第一數據緩存模塊的信號進行校準；所述激光器溫度控制模塊設置在所述FPGA上。本實用新型所述裝置具有操作簡單，控制精度高，靈敏度高和可觀測性好等有點。
【專利說明】—種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種溫度校準裝置，特別是一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置。
【背景技術】
[0002]原子頻標可以提供精密的時間基準，在科學研究、實驗和工程技術等領域為我們提供必不可少的時基坐標。被動型相干布居囚禁(coherent population trapping, CPT)原子頻標是利用雙色相干光與原子體系作用產生的CPT現象而實現的一種具有體積與功耗優勢的新型頻標。CPT頻標不需要微波腔，用半導體激光管取代傳統被動性銣原子頻標的譜燈，配合小體積、低功耗的電子學系統，CPT頻標能實現比傳統被動性銣頻標體積更小，功耗更低。
[0003]CPT半導體采用的是垂直共振腔表面放射激光VCSEL激光器，它的出射光頻對溫度比較敏感。當垂直共振腔表面放射激光VCSEL的溫度波動性較大時，出射光頻在一個比較大的范圍內波動，該波動會使VCSEL的光頻鎖定環路無法對其進行鎖定，最終導致其無法產生CPT現象。另外，為保證實驗條件還需對銣泡進行恒溫控制。
[0004]傳統的溫控電路采用模擬電路實現，利用橋式電路檢測熱敏電阻與預置電阻的差值提取溫度誤差，該誤差信號經運算放大電路PID電路處理后送至VCSEL驅動電路產生用于TEC加熱制冷的電流。在設計中預置電阻等電路元件的精度會對整個系統造成誤差。另夕卜，模擬PID電路調試比較復雜，不利用電路的開發，如果系統需要更改工作溫度，將會耗費大量時間精力。
[0005]傳統模擬控溫電路在對溫度進行控制時存在調試復雜、精度低及可控性差等缺點。
【發明內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，以解決目前模擬電路結構復雜、精度低、可控性差問題。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采用下述技術方案:
[0008]一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，該裝置包括
[0009]多個模擬信號輸入端；
[0010]多個模擬信號輸出端；
[0011]與所述多個模擬信號輸入端連接的模/數轉換器；
[0012]與所述多個模擬信號輸出端連接的數/模轉換器；
[0013]與模/數轉換器連接的第一數據緩存模塊；
[0014]與數/模轉換器連接的第二數據緩存模塊；和
[0015]分別連接在第一數據緩存模塊和第二數據緩存模塊之間的激光器溫度控制模塊，用于對來自所述第一數據緩存模塊的信號進行校準；[0016]所述激光器溫度控制模塊設置在所述FPGA上。
[0017]優選的，所述多個模擬信號輸入端的其中一個模擬信號輸入端接收激光溫度模擬信號。
[0018]優選的，所述多個模擬信號輸出端的其中一個模擬信號輸出端輸出調整后的激光溫度模擬信號。
[0019]優選的，所述第一數據緩存模塊和第二數據緩存模塊設置在所述FPGA上，所述第一數據緩存模塊用于對來自所述模/數轉換器的信號進行分幀，所述第二數據緩存模塊將經校準的信號進行裝幀。
[0020]優選的，所述激光器溫度控制模塊包括接收來自第一數據緩存模塊的激光器溫差信號的PID系數校正單元和輸出激光器溫度調整值的PID控制單元。
[0021]優選的，所述數/模轉換器采用AD7606-4型芯片。
[0022]優選的，該溫度校準裝置進一步包括連接在所述模/數轉換器與所述接收激光器溫度模擬信號的多個模擬信號輸入端端口之間的電壓跟隨器。
[0023]優選的，所述模/數轉換器采用AD5754R型芯片。
[0024]優選的，所述溫度校準裝置進一步包括連接在所述數/模轉換器和所述輸出調整后激光溫度模擬信號的多個模擬信號輸出端端口之間的驅動器。
[0025]優選的，所述驅動器采用MAX1968型芯片。
[0026]本實用新型所述裝置具有操作簡單，控制精度高，靈敏度高和可觀測性好等有點。【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1示為一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置示意圖。
[0028]多路數字信號輸入端Al ;多路數字信號輸出端A2 ；
[0029]1、FPGA，2、模/數轉換器，3、數/模轉換器，4、第一數據緩存模塊，5、第二數據緩存模塊，6、PID系數校正單元，7、PID控制單元，8、驅動器，9、激光器，10、熱敏電阻溫度調節器TEC。
【具體實施方式】
[0030]下面根據附圖對本實用新型做進一步描述。
[0031]一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，該裝置包括多個模擬信號輸入端Al ;多個模擬信號輸出端A2 ;與模擬信號輸入端Al連接的例如AD7606-4型芯片的模/數轉換器2，所述模/數轉換器2通過電壓跟隨器經多個模擬信號輸入端之一與激光器中的熱敏電阻調節器TEClO的輸出接口連接；與模擬信號輸出端A2連接的例如AD5754R型芯片的數/模轉換器3，所述數/模轉換器3通過例如MAX1968型芯片的驅動器8經多個模擬信號輸出端之一與激光器中的熱敏電阻調節器TEClO的輸入接口連接；與模/數轉換器2連接的第一數據緩存模塊4 ;與數/模轉換器3連接的第二數據緩存模塊5 ;和分別連接在第一數據緩存模塊4和第二數據緩存模塊5之間的激光器溫度控制模塊，所述激光器溫度控制模塊包括接收來自第一數據緩存模塊4的激光器溫度信號的PID系數校正單元6和輸出表示激光器溫度調整值校準信號的PID控制單元7。所述第一數據緩存模塊4和第二數據緩存模塊5設置在FPGAl上，分別用于來自模/數轉換器2的信號進行分幀和對校準信號進行裝幀；所述激光器溫度控制模塊設置在FPGAl上。
[0032]本實用新型所述裝置的工作流程如下:
[0033]1、所述模/數轉換器2對來自CPT原子鐘激光器9的溫度模擬信號進行提取。通過在線邏輯分析儀CHIPSC0PE對CPT原子鐘的激光器9的溫度模擬信號進行實時監控，并計算激光溫度值。
[0034]2、FPGAl通過第一數據緩存模塊4對溫度數字信號進行分幀，將數字信號輸送到激光器溫度控制模塊。。
[0035]3、通過激光器溫度控制模塊中的PID系數校正單元和PID控制單元對激光器溫度信號參數進行調整，增強信號穩定度，同時溫度信號進行校正。
[0036]4、調整后的激光器溫度控制信號通過FPGAl的第二數據緩沖模塊5裝幀后，送至數/模轉換模塊3中，激光器溫度控制信號進行轉換后經驅動器8送去熱敏電阻溫度調節器TEC中對激光器溫度進行校正。在初始時刻調整量比較大，在穩定之后，溫度控信號會趨于固定占空比PWM波形。
[0037]本實用新型利用模糊PID算法消除殘余溫差，并且使溫度更加快速的收斂；通過調整FPGAl上溫度控制模塊中PID控制單元的參數值可以方便的調整收斂溫度值；利用FPGAl與在線軟件配合完成對CPT原子鐘性能參數的實時監測。本實用新型所述技術方案可提高模擬電路校準精度，提高系統可控性，同時降低了模擬電路的復雜性。
[0038]以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細描述說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所述【技術領域】的普通技術人員來說在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:該裝置包括 多個模擬信號輸入端； 多個模擬信號輸出端； 與所述多個模擬信號輸入端連接的模/數轉換器； 與所述多個模擬信號輸出端連接的數/模轉換器； 與模/數轉換器連接的第一數據緩存模塊； 與數/模轉換器連接的第二數據緩存模塊；和 分別連接在第一數據緩存模塊和第二數據緩存模塊之間的激光器溫度控制模塊，用于對來自所述第一數據緩存模塊的信號進行校準； 所述激光器溫度控制模塊設置在所述FPGA上。
2.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述多個模擬信號輸入端的其中一個模擬信號輸入端接收激光溫度模擬信號。
3.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述多個模擬信號輸出端的其中一個模擬信號輸出端輸出調整后的激光溫度模擬信號。
4.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述第一數據緩存模塊和第二數據緩存模塊設置在所述FPGA上，所述第一數據緩存模塊用于對來自所述模/數轉換器的信號進行分幀，所述第二數據緩存模塊將經校準的信號進行裝幀。
5.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述激光器溫度控制模塊包括接收來自第一數據緩存模塊的激光器溫差信號的PID系數校正單元和輸出激光器溫度調整值的PID控制單元。
6.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述數/模轉換器采用AD7606-4型芯片。
7.根據權利要求4所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:該溫度校準裝置進一步包括連接在所述模/數轉換器與所述接收激光器溫度模擬信號的多個模擬信號輸入端端口之間的電壓跟隨器。
8.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述模/數轉換器采用AD5754R型芯片。
9.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述溫度校準裝置進一步包括連接在所述數/模轉換器和所述輸出調整后激光溫度模擬信號的多個模擬信號輸出端端口之間的驅動器。
10.根據權利要求9所述的一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準裝置，其特征在于:所述驅動器采用MAX1968型芯片。
【文檔編號】G04F5/14GK203630534SQ201320739376
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】崔永順 申請人:北京無線電計量測試研究所