一種基于fpga的cpt原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)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(shù)轉(zhuǎn)換器；與所述多個模擬信號輸出端連接的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器；與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的第一數(shù)據(jù)緩存模塊；與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器連接的第二數(shù)據(jù)緩存模塊；和分別連接在第一數(shù)據(jù)緩存模塊和第二數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩存模塊的信號進(jìn)行校準(zhǔn)；所述激光器溫度控制模塊設(shè)置在所述FPGA上。本實(shí)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(diǎn)。
【專利說明】—種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種溫度校準(zhǔn)裝置，特別是一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]原子頻標(biāo)可以提供精密的時間基準(zhǔn)，在科學(xué)研究、實(shí)驗和工程技術(shù)等領(lǐng)域為我們提供必不可少的時基坐標(biāo)。被動型相干布居囚禁(coherent population trapping, CPT)原子頻標(biāo)是利用雙色相干光與原子體系作用產(chǎn)生的CPT現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)的一種具有體積與功耗優(yōu)勢的新型頻標(biāo)。CPT頻標(biāo)不需要微波腔，用半導(dǎo)體激光管取代傳統(tǒng)被動性銣原子頻標(biāo)的譜燈，配合小體積、低功耗的電子學(xué)系統(tǒng)，CPT頻標(biāo)能實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)被動性銣頻標(biāo)體積更小，功耗更低。
[0003]CPT半導(dǎo)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(dāng)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(nèi)波動，該波動會使VCSEL的光頻鎖定環(huán)路無法對其進(jìn)行鎖定，最終導(dǎo)致其無法產(chǎn)生CPT現(xiàn)象。另外，為保證實(shí)驗條件還需對銣泡進(jìn)行恒溫控制。
[0004]傳統(tǒng)的溫控電路采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，利用橋式電路檢測熱敏電阻與預(yù)置電阻的差值提取溫度誤差，該誤差信號經(jīng)運(yùn)算放大電路PID電路處理后送至VCSEL驅(qū)動電路產(chǎn)生用于TEC加熱制冷的電流。在設(shè)計中預(yù)置電阻等電路元件的精度會對整個系統(tǒng)造成誤差。另夕卜，模擬PID電路調(diào)試比較復(fù)雜，不利用電路的開發(fā)，如果系統(tǒng)需要更改工作溫度，將會耗費(fèi)大量時間精力。
[0005]傳統(tǒng)模擬控溫電路在對溫度進(jìn)行控制時存在調(diào)試復(fù)雜、精度低及可控性差等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)裝置，以解決目前模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、可控性差問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)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(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0012]與所述多個模擬信號輸出端連接的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器；
[0013]與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的第一數(shù)據(jù)緩存模塊；
[0014]與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器連接的第二數(shù)據(jù)緩存模塊；和
[0015]分別連接在第一數(shù)據(jù)緩存模塊和第二數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩存模塊的信號進(jìn)行校準(zhǔn)；[0016]所述激光器溫度控制模塊設(shè)置在所述FPGA上。
[0017]優(yōu)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(yōu)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(diào)整后的激光溫度模擬信號。
[0019]優(yōu)選的，所述第一數(shù)據(jù)緩存模塊和第二數(shù)據(jù)緩存模塊設(shè)置在所述FPGA上，所述第一數(shù)據(jù)緩存模塊用于對來自所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號進(jìn)行分幀，所述第二數(shù)據(jù)緩存模塊將經(jīng)校準(zhǔn)的信號進(jìn)行裝幀。
[0020]優(yōu)選的，所述激光器溫度控制模塊包括接收來自第一數(shù)據(jù)緩存模塊的激光器溫差信號的PID系數(shù)校正單元和輸出激光器溫度調(diào)整值的PID控制單元。
[0021]優(yōu)選的，所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用AD7606-4型芯片。
[0022]優(yōu)選的，該溫度校準(zhǔn)裝置進(jìn)一步包括連接在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(yōu)選的，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD5754R型芯片。
[0024]優(yōu)選的，所述溫度校準(zhǔn)裝置進(jìn)一步包括連接在所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和所述輸出調(diào)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(qū)動器。
[0025]優(yōu)選的，所述驅(qū)動器采用MAX1968型芯片。
[0026]本實(shí)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(diǎn)?！緦＠綀D】

【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(zhǔn)裝置示意圖。
[0028]多路數(shù)字信號輸入端Al ;多路數(shù)字信號輸出端A2 ；
[0029]1、FPGA，2、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，3、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，4、第一數(shù)據(jù)緩存模塊，5、第二數(shù)據(jù)緩存模塊，6、PID系數(shù)校正單元，7、PID控制單元，8、驅(qū)動器，9、激光器，10、熱敏電阻溫度調(diào)節(jié)器TEC。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面根據(jù)附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。
[0031]一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)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(shù)轉(zhuǎn)換器2，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2通過電壓跟隨器經(jīng)多個模擬信號輸入端之一與激光器中的熱敏電阻調(diào)節(jié)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(shù)/模轉(zhuǎn)換器3，所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器3通過例如MAX1968型芯片的驅(qū)動器8經(jīng)多個模擬信號輸出端之一與激光器中的熱敏電阻調(diào)節(jié)器TEClO的輸入接口連接；與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2連接的第一數(shù)據(jù)緩存模塊4 ;與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器3連接的第二數(shù)據(jù)緩存模塊5 ;和分別連接在第一數(shù)據(jù)緩存模塊4和第二數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩存模塊4的激光器溫度信號的PID系數(shù)校正單元6和輸出表示激光器溫度調(diào)整值校準(zhǔn)信號的PID控制單元7。所述第一數(shù)據(jù)緩存模塊4和第二數(shù)據(jù)緩存模塊5設(shè)置在FPGAl上，分別用于來自模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2的信號進(jìn)行分幀和對校準(zhǔn)信號進(jìn)行裝幀；所述激光器溫度控制模塊設(shè)置在FPGAl上。
[0032]本實(shí)用新型所述裝置的工作流程如下:
[0033]1、所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2對來自CPT原子鐘激光器9的溫度模擬信號進(jìn)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(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并計算激光溫度值。
[0034]2、FPGAl通過第一數(shù)據(jù)緩存模塊4對溫度數(shù)字信號進(jìn)行分幀，將數(shù)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(shù)校正單元和PID控制單元對激光器溫度信號參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，增強(qiáng)信號穩(wěn)定度，同時溫度信號進(jìn)行校正。
[0036]4、調(diào)整后的激光器溫度控制信號通過FPGAl的第二數(shù)據(jù)緩沖模塊5裝幀后，送至數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊3中，激光器溫度控制信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后經(jīng)驅(qū)動器8送去熱敏電阻溫度調(diào)節(jié)器TEC中對激光器溫度進(jìn)行校正。在初始時刻調(diào)整量比較大，在穩(wěn)定之后，溫度控信號會趨于固定占空比PWM波形。
[0037]本實(shí)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(diào)整FPGAl上溫度控制模塊中PID控制單元的參數(shù)值可以方便的調(diào)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(shù)的實(shí)時監(jiān)測。本實(shí)用新型所述技術(shù)方案可提高模擬電路校準(zhǔn)精度，提高系統(tǒng)可控性，同時降低了模擬電路的復(fù)雜性。
[0038]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)描述說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所述【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA的CPT原子鐘激光器的溫度校準(zhǔn)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(shù)轉(zhuǎn)換器； 與所述多個模擬信號輸出端連接的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器； 與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的第一數(shù)據(jù)緩存模塊； 與數(shù)/模轉(zhuǎn)換器連接的第二數(shù)據(jù)緩存模塊；和 分別連接在第一數(shù)據(jù)緩存模塊和第二數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩存模塊的信號進(jìn)行校準(zhǔn)； 所述激光器溫度控制模塊設(shè)置在所述FPGA上。
2.根據(jù)權(quán)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(zhǔn)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(jù)權(quán)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(zhǔn)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(diào)整后的激光溫度模擬信號。
4.根據(jù)權(quán)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(zhǔn)裝置，其特征在于:所述第一數(shù)據(jù)緩存模塊和第二數(shù)據(jù)緩存模塊設(shè)置在所述FPGA上，所述第一數(shù)據(jù)緩存模塊用于對來自所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的信號進(jìn)行分幀，所述第二數(shù)據(jù)緩存模塊將經(jīng)校準(zhǔn)的信號進(jìn)行裝幀。
5.根據(jù)權(quán)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(zhǔn)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(shù)據(jù)緩存模塊的激光器溫差信號的PID系數(shù)校正單元和輸出激光器溫度調(diào)整值的PID控制單元。
6.根據(jù)權(quán)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(zhǔn)裝置，其特征在于:所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器采用AD7606-4型芯片。
7.根據(jù)權(quán)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(zhǔn)裝置，其特征在于:該溫度校準(zhǔn)裝置進(jìn)一步包括連接在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)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(zhǔn)裝置，其特征在于:所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD5754R型芯片。
9.根據(jù)權(quán)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(zhǔn)裝置，其特征在于:所述溫度校準(zhǔn)裝置進(jìn)一步包括連接在所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和所述輸出調(diào)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(qū)動器。
10.根據(jù)權(quán)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(zhǔn)裝置，其特征在于:所述驅(qū)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(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】崔永順 申請人:北京無線電計量測試研究所