基于pll和dds的同步掃描電路系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，包括觸發激光、透鏡，觸發激光被透鏡分成兩路，其中一路觸發激光的光路上設置同步掃描條紋相機；另一路觸發激光的光路上設置光電轉換器以及同步掃描電路，觸發信號經過光電轉換器，被轉換成電脈沖信號，進入同步掃描電路的觸發輸入端。本發明基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，主要解決了模擬振蕩電路復雜、集成度低、同步跟蹤范圍窄的問題。
【專利說明】基于PLL和DDS的同步掃描電路系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及高速攝影【技術領域】，尤其涉及一種同步掃描條紋相機掃描電路系統。【背景技術】
[0002]同步掃描電路系統是同步掃描條紋相機的重要組成部分，其功能構成及指標性能直接關系到同步掃描條紋相機整機的性能。同步掃描電路系統主要是為掃描偏轉板提供同步且相位可調的正弦偏轉電壓，一般由同步正弦信號產生，相位調整、射頻信號放大、阻抗匹配等功能模塊組成，其中同步正弦信號產生是同步掃描電路系統設計的關鍵。目前國際上普遍采用的同步正弦信號產生方法是基于雪崩光電二極管及隧道二極管的振蕩電路法，這種模擬電路設計法電路復雜、調試困難、同步跟蹤范圍窄。
【發明內容】
[0003]為了解決【背景技術】中所存在的技術問題，本發明提供一種基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，主要解決了模擬振蕩電路復雜、集成度低、同步跟蹤范圍窄的問題。
[0004]本發明的技術解決方案是:基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，其特征在于:包括觸發激光1、透鏡2，觸發激光I被透鏡2分成兩路，其中一路觸發激光的光路上設置同步掃描條紋相機4 ;另一路觸發激光的光路上設置光電轉換器5以及同步掃描電路9，觸發信號經過光電轉換器5,被轉換成電脈沖信號,進入同步掃描電路9的觸發輸入端。
[0005]上述同步掃描電路9包括依次連接的同步正弦信號產生電路6、射頻信號放大電路7及阻抗匹配電路8 ;阻抗匹配電路8與同步掃描條紋相機4連接。
[0006]同步正弦信號產生電路6包括鎖相環61和直接數字頻率合成器62，同步觸發電脈沖信號被分成兩路，一路進入鎖相環61參考輸入,鎖相環61對輸入信號鎖定、倍頻，輸出的倍頻信號作為直接數字頻率合成器62的時鐘信號，調節直接數字頻率合成器62的頻率控制字，使其輸出與觸發信號同頻率的正弦信號；另一路觸發電脈沖信號輸入頻率檢測模塊63，檢測觸發信號的頻率，依據檢測到的觸發信號頻率值實現同步正弦信號產生電路6自動跟蹤及鎖定。
[0007]同步正弦信號產生電路6還包括控制模塊64，控制模塊64根據檢測出的觸發信號頻率對鎖相環64和直接數字頻率合成器62進行參數配置。
[0008]上述頻率檢測模塊63是時鐘恢復芯片。
[0009]本發明的優點是:PLL和DDS作為現代頻率合成技術具有高性能、可靠性高等特點，其中PLL可實現對輸入參考信號的跟蹤及鎖定，且鎖定帶寬可通過選擇合適的壓控振蕩器而很寬；DDS通過合適的參數配置不僅可實現高精度的正弦信號輸出，還具有輸出信號相位調整功能。結合PLL和DDS各自的功能及特點作為同步掃描電路正弦信號產生及相位調節的方案，不僅極大的提高了同步掃描電路的集成度，降低了設計難度，還實現了同步掃描電路的觸發信號自動跟蹤及鎖定功能。
[0010]為了進一步提高同步掃描帶寬，實現同步掃描電路的自動跟蹤與鎖定，本發明提供一種采用現代數字頻率合成法，即使用鎖相環(PLL)和直接數字頻率合成器(DDS)實現同步正弦信號產生及相位調節的方案。該方法的優點是極大的提高了同步掃描電路系統的集成度，降低其設計難度，且實現了同步掃描電路更寬的跟蹤范圍以及對觸發信號的自動跟蹤與鎖定功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明同步掃描條紋相機原理框圖；
[0012]圖2是本發明同步正弦信號產生原理框圖；
[0013]圖3是本發明同步正弦信號產生控制及信號流程圖；
[0014]圖4是本發明PLL輸入信號示意圖；
[0015]圖5是本發明PLL輸出(DDS輸入)信號示意圖；
[0016]圖6是本發明DDS輸出信號不意圖；
【具體實施方式】
[0017]本發明提供了 一種基于PLL和DDS的同步掃描條紋相機掃描電路，具體實現步驟如下:1)觸發光脈沖信號經過高速光電轉換器件完成光電轉換，得到與觸發光脈沖同頻率的參考電信號。觸發光脈沖光電轉換采用低噪聲光電轉換器件，該光電轉換器件應能對觸發光脈沖做出有效響應，響應帶寬應大于最高觸發光脈沖最高頻率。
[0018]2)參考電信號分成兩路，一路作為頻率檢測模塊63的輸入，檢測觸發信號的頻率，依據檢測到的觸發信號頻率值可實現同步正弦信號產生電路6自動跟蹤及鎖定功能；另一路作為同步正弦信號產生電路6的輸入，同步正弦信號產生電路6經過一定的參數配置，輸出與觸發光脈沖同頻率的正弦小信號。
[0019]頻率檢測模塊63由專門的頻率檢測芯片完成，如ADI公司的ADN2806，該檢測芯片對輸入信號與其時鐘信號進行比較，輸出待測信號的頻率參數；同步正弦信號產生電路6由PLL和DDS組成，PLL的輸入信號頻率范圍與觸發信號頻率相適應，經過時鐘倍頻輸出滿足DDS的時鐘輸入信號，DDS再經過時鐘分頻輸出與觸發信號同頻率的正弦小信號。
[0020]3)正弦小信號經過進一步射頻功率放大，最后通過射頻耦合網絡將該同步掃描電壓耦合到條紋管的偏轉板上。射頻功率放大模塊采用高性能的射頻功率放大器，射頻耦合網絡用以實現射頻功放輸出到偏轉板的阻抗匹配。
[0021]同步掃描條紋相機常用于超快微弱信號的探測，具體工作原理參見圖1，觸發激光I被透鏡2分成兩路，一路用于激發待測發光物體3，另一路用于同步掃描電路觸發信號，該觸發信號首先經過光電轉換器5，被轉換成電脈沖信號，然后進入同步掃描電路9的觸發輸入端。待測發光物體3在激光脈沖I激發下發出微弱光信號，光信號進入同步掃描條紋相機4被記錄下來。同步掃描條紋相機的弱光探測能力主要是通過對周期性光信號多次掃描累加實現的，光信號的周期與激發光脈沖相同，多次掃描是通過偏轉板上的周期性偏轉電壓實現的，而同步掃描電路9的功能便是產生與觸發光脈沖同頻的偏轉電壓。同步掃描電路9包括同步正弦信號產生6、射頻信號放大7及阻抗匹配8。
[0022]同步正弦信號產生原理參見圖2，同步觸發電脈沖信號被分成兩路，一路進入鎖相環61參考輸入，鎖相環61對輸入信號鎖定、倍頻，輸出的倍頻信號作為直接數字頻率合成器62的時鐘信號，調節直接數字頻率合成器62的頻率控制字，使其輸出與觸發信號同頻率的正弦信號；另一路觸發電脈沖信號輸入頻率檢測模塊63，檢測出觸發信號的頻率。控制模塊64根據檢測出的觸發信號頻率對鎖相環61和直接數字頻率合成器62進行參數配置，從而實現鎖相環61和直接數字頻率合成器62的自動配置，即實現了同步掃描電路對觸發信號的自動鎖定功能。
[0023]同步正弦信號產生控制及信號流程參見圖3，觸發信號f I輸入給鎖相環61作為其時鐘參考信號，設定鎖相環61的倍頻器，輸入參考信號被N倍頻，輸出的N倍頻信號f2作為直接數字頻率合成器62的時鐘參考信號，配置直接數字頻率合成器62的頻率控制寄存器，直接數字頻率合成器62對參考時鐘信號N分頻。從整個信號流程可知，參考信號Π與直接數字頻率合成器62輸出的正弦信號f3頻率相同，從而實現了觸發脈沖信號的同頻正弦信號轉變。同步掃描電路的相位調節是通過配置直接數字頻率合成器62的相位偏移控制寄存器實現的，可實現輸出信號相位的360°調節。圖4為鎖相環61輸入觸發脈沖信號示意圖，圖5為鎖相環61輸出N倍頻信號示意圖，圖6為直接數字頻率合成器62輸出與觸發脈沖同頻正弦信號示意圖。
[0024]本發明中的同步正弦信號產生部分，鎖相環61和直接數字頻率合成器62必須滿足一定的條件，一方面，鎖相環61輸入及直接數字頻率合成器62輸出的信號頻率應覆蓋同步掃描所需頻率；另一方面鎖相環61的信號輸出頻率應滿足直接數字頻率合成器62的信號輸入頻率要求。
【權利要求】
1.基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，其特征在于:包括觸發激光(I)、透鏡(2)，觸發激光(I)被透鏡(2)分成兩路，其中一路觸發激光的光路上設置同步掃描條紋相機(4)；另一路觸發激光的光路上設置光電轉換器(5)以及同步掃描電路(9)，觸發信號經過光電轉換器(5)，被轉換成電脈沖信號，進入同步掃描電路(9)的觸發輸入端。
2.根據權利要求1所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，其特征在于:所述同步掃描電路(9)包括依次連接的同步正弦信號產生電路(6)、射頻信號放大電路(7)及阻抗匹配電路(8);阻抗匹配電路(8)與同步掃描條紋相機(4)連接。
3.根據權利要求2所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，其特征在于:同步正弦信號產生電路(6)包括鎖相環(61)和直接數字頻率合成器(62)，同步觸發電脈沖信號被分成兩路，一路進入鎖相環(61)參考輸入，鎖相環(61)對輸入信號鎖定、倍頻，輸出的倍頻信號作為直接數字頻率合成器(62)的時鐘信號，調節直接數字頻率合成器(62)的頻率控制字，使其輸出與觸發信號同頻率的正弦信號；另一路觸發電脈沖信號輸入頻率檢測模塊(63)，檢測觸發信號的頻率，依據檢測到的觸發信號頻率值實現同步正弦信號產生電路6自動跟蹤及鎖定。
4.根據權利要求2所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，其特征在于:同步正弦信號產生電路(6)還包括控制模塊(64)，控制模塊(64)根據檢測出的觸發信號頻率對鎖相環(64 )和直接數字頻率合成器(62 )進行參數配置。
5.根據權利要求2所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統，其特征在于:所述頻率檢測模塊(63)是時鐘恢復芯片。
【文檔編號】H03L7/099GK103780255SQ201310751144
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】白永林, 朱炳利, 劉百玉, 王博, 白曉紅, 秦君軍, 緱永勝, 楊文正, 徐鵬 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所