专利名称：一种扫频光源的滤波器驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及扫频光学相干层析成像及光纤传感领域，特别涉及一种扫频光源的滤波器驱动电路。
背景技术：
扫频光源是在时域上分时输出不同波长单色波的光源，它通过窄带波长滤波器的快速扫描，在某一时刻只将某一固定波长的单色波从宽带光谱中解析出来，以实现快速、窄瞬时线宽及线性的宽带扫频输出，可广泛用于光学相干断层成像(Optical CoherenceTomography，简称OCT)及光纤传感等领域。其中，作为扫频光源的关键器件，滤波器的驱动对扫频光源的参数至关重要。实现扫频光源，方式之一是通过滤波器的形变改变谐振腔长度以达到扫频激光波长的可调谐；这样需要给滤波器加不同频率和不同的电压，以达到激光器不同的调制幅度。根据滤波器特性，要达到扫频光源高速波长扫描的要求，实际系统中需要给滤波器加信号频率超过50KHz的激励信号，但是，现有信号发生装置无法满足这一需求。现有的可用作滤波器驱动信号的装置分为两种，一种是峰峰值可调，频率可调，但输出电流功率较低，输出阻抗一般只能达到50欧姆左右，无法稳定驱动运行在高频下的类似信号发生器的滤波器驱动器；一种是由滤波器厂商设计的专用滤波器驱动器，该驱动器具有频率可调，工作稳定等特点，但是该方案输出波形频率不够。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型提供一种扫频光源的滤波器驱动电路，使得其输出的频率可在20KHz到200KHz之间连续可调，峰峰值电压可达3V，相位也可调，且其输出负载在I欧左右。为实现以上功能，本实用新型通过以下技术方案予以实现:—种扫频光源的滤波器驱动电路，包括有信号产生电路、滤波电路、增益调整电路及滤波器负载；所述信号产生电路，用于产生正弦波信号，所述正弦波信号幅值一致、频率可调；所述滤波电路的输入端连接于所述信号产生电路的输出端，该滤波电路用于滤除所述正弦波信号频带以外的噪声，并输出正弦波信号与窄带噪声的混合波形；所述增益调整电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述增益调整电路的输出端连接滤波器负载；该增益调整电路用于对所述正弦波信号与窄带噪声的混合波形进行放大，输出正弦波放大信号。在所述信号产生电路之后进一步包括相位偏置调整电路，所述相位偏置调整电路的输出端连接于所述滤波电路的输入端，所述相位偏置调整电路用于对所述正弦波信号进行相位调整。所述相位偏置调整电路采用外接加法器电路实现。[0013]所述信号产生电路为正弦振荡器或直接数字式频率合成器；所述正弦振荡器利用主控制器实时调整振荡频率的方法对所述正弦振荡器的频率进行调整。所述滤波电路为有源滤波器或无源滤波器；所述滤波电路为低通电路或带通电路。所述增益调整电路为放大电路或自动增益电路。所述增益调整电路的输出端进一步连接有包含放大器的驱动增强电路，该驱动增强电路的输出端连接滤波器负载。所述驱动增强电路进一步包括放大器调整电路，所述放大器调整电路用于控制所述驱动增强电路的放大器，使其能在单位增益下稳定。所述驱动增强电路的输出端进一步连接有恒温模块，所述滤波器负载置于该恒温模块的恒温箱中；所述恒温模块通过采集滤波器负载的实际温度，对所述滤波器负载的温度进行调节。所述恒温模块包括受控电源、设定温度电路、温度传感器、温度控制器、温度调节器以及恒温箱；所述设定温度电路、温度传感器、温度控制器、温度调节器以及恒温箱均连接至所述受控电源；所述设定温度电路和所述温度传感器分别与所述温度控制器连接，所述温度控制器、温度调节器以及恒温箱依次连接；所述滤波器负载设于所述恒温箱中。本实用新型通过提供一种扫频光源的滤波器驱动电路，使得其输出的频率可在20KHz到200KHz之间连续可调，峰峰值电压可达3V，相位也可调，且其输出负载在I欧左右；保证了滤波器负载的稳定性，满足不同激光器对调制幅度的要求，达到扫频激光波长的可协调。
图1为本实用新型一实施例的滤波器驱动电路框图；图2为本实用新型一实施例的正弦振荡器；图3为本实用新型一实施例的有源二阶滤波电路；图4为本实用新型一实施例的无源一阶RC低通滤波电路；图5为本实用新型一实施例的放大电路；图6为本实用新型一实施例的自动增益电路原理框图；图7为本实用新型第二实施例的滤波器驱动电路框图；图8为本实用新型第二实施例的驱动增强电路；图9为本实用新型第二实施例的另一驱动增强电路；图10为本实用新型第二实施例的放大器调整电路；图11为本实用新型第三实施例的滤波器驱动电路框图。
具体实施方式
下面对于本实用新型所提出的一种扫频光源的滤波器驱动电路，结合附图和实施例详细说明。实施例1:如图1所示，本实施例提供一种扫频光源的滤波器驱动电路，包括有信号产生电路、滤波电路、增益调整电路及滤波器负载；所述信号产生电路，用于产生正弦波信号，所述正弦波信号幅值一致、频率可调；所述滤波电路的输入端连接于所述信号产生电路的输出端，该滤波电路用于滤除所述正弦波信号频带以外的噪声，并输出正弦波信号与窄带噪声的混合波形；所述增益调整电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述增益调整电路的输出端连接滤波器负载；该增益调整电路用于对所述正弦波信号与窄带噪声的混合波形进行放大，输出正弦波放大信号。所述信号产生电路为正弦振荡器或直接数字式频率合成器；所述正弦振荡器利用主控制器实时调整振荡频率的方法对所述正弦振荡器的频率进行调整。如图2所示，所述正弦振荡器包括一个双极性运算放大器1，该双极性运算放大器I的同相端与电阻RU电容Cl相连，所述电阻R1、电容Cl的另一端接地；该双极性运算放大器I的同相端的反馈回路由电容C2、电阻R2串联而成；该双极性运算放大器I的反相端与电阻R3相连后接地，且该双极性运算放大器I的反相端与电阻R4相连后连接到输出端V0 ;所述正弦振荡器的振荡频率W=1/RC，由具有选频特性的RC串联网络决定；即由电阻R1、电容C1和电容C2，电阻R2的乘积决定。所述正弦振荡器的起振条件为A>3，即要求放大器的电压增益大于等于3，略大于3的原因是由于电路中的各种损耗，致使幅度下降而给予补偿。但A比3大得多了会导致输出正弦波形变差；类似的原理，典型的正弦振荡器也可以由场效应管振荡器或者电容三点式振荡器，电感三点式振荡器组成。由于所述滤波器驱动电路需要具有可调频率功能，因此需要对正弦振荡器的振荡频率进行动态调整，也就是需要对图2所示的电阻R1、电容Cl、电容C2，电阻R2进行调整；在本实施例中利用所述主控制器实时调整振荡频率的方法对振荡频率进行实时调整；该方法是将图2中的电阻Rl和电阻R2替换为数字电位器，数字电位器是一种数字式可调电阻，可以方便的实时更改参数；为保证精确的振荡频率，需选择高精度电阻，需要有1%以内的精度，可在整个电阻范围内提供低增益误差。通过直接数字式频率合成器DDS可以对频率、相位进行方便的调整，并且控制精度高、频率切换速度快、相位可自由调整。由于正弦振荡器或直接数字式频率合成器产生的波形为幅值一致，频率可调的正弦波信号，则还需经过相位偏置调整电路，所述信号产生电路之后进一步包括相位偏置调整电路，所述相位偏置调整电路的输出端连接于所述滤波电路的输入端，所述相位偏置调整电路用于对所述正弦波信号进行相位调整；所述相位偏置调整电路采用外接加法器电路实现，由于较为通用，因此在本实施例中不予以赘述。所述滤波电路为有源滤波器或无源滤波器；所述滤波电路为低通电路或带通电路，常用电路为有源二阶滤波电路和典型的无源一阶RC低通滤波电路，所述有源二阶滤波电路为典型Sallen-Key低通滤波器电路接法，其连接关系如图3所示；该运算放大器2为同相激发，滤波器的输入阻抗较高，输出阻抗较低，电路性能稳定，增益易调整。经过类似的设计也可以组成带通滤波器或其它阶数的滤波器。[0047]所述无源一阶RC低通滤波电路的连接关系如图4所示；该低通滤波器可以在转折频率后提供20db的滚降速率，类似的设计也可以组成LC低通电路、LC带通滤波电路；其中，由电阻R9和电容C5组成的时间常数组成该低通滤波器的转折频率。所述滤波电路可以抑制所述正弦波信号的带外噪声，减小波形失真、性能下降等问题。所述增益调整电路为放大电路或自动增益电路。如图5所示为放大电路；通过同相放大电路或者反相放大电路可以进行信号放大；调节图中反馈电阻R12可以改变放大倍数进而控制滤波器驱动输出波形的峰峰值幅度；同相放大电路和反相放大电路的区别在于同相放大电路的输出信号与输入信号的相位相同，反相放大电路则相差180度。如图6所示为自动增益电路(AGC)原理框图；通过控制G+，G_的电压，可以实时改变放大器电路的输出波形。实施例2:本实施例提供的一种扫频光源的滤波器驱动电路与实施例1中所述技术方案相同，如图7所示，只是所述增益调整电路的输出端进一步连接有包含放大器的驱动增强电路，该驱动增强电路的输出端连接滤波器负载；该驱动增强电路用于减小所述正弦波放大信号的阻抗，增强驱动能力。经过实施例1所述的驱动电路，已经得到符合要求的信号波形，但是所述增益调整电路的放大器输出往往输出电阻较大，驱动能力不足。要驱动高频容性负载，需要有专门的驱动增强电路，该电路具有输出阻抗小，增益带宽积大，支持双极性高电压驱动等特点。图8和图9是两种驱动增强电路。如图8所示，是采用放大器主从并联的方法进行驱动增强；通过给定接入到放大器5的反相端，R13 一端接地，另一端连接运算放大器5的同相端；所述运算放大器5的输出端与运算放大器6的同相端相连接，所述运算放大器6为同相跟随器接法，通过平衡电阻R16和电阻R17与运算放大器5同相端的电阻R14相连后接入负载电阻R15。图9是采用外部提升电路进行驱动增强；采用的是运算放大器7后接入三极管的推挽接法；电阻R18、电阻R19和电阻R23用来匹配静态平衡点，电阻R20、电阻R21和电阻R22是限流电阻；电容C6作为补偿电容，调节运放的频率和相位特性。特别注意的是，一些放大器无法运行稳定与电压跟踪模式，因此，所述驱动增强电路进一步包括放大器调整电路，所述放大器调整电路用于控制所述驱动增强电路的放大器，使其能在单位增益下稳定。所述放大器调整电路如图10所示，采用的放大器反相接法，电阻R24和电容CS接入运算放大器14的反相端，电阻R25和电容C7接入运算放大器14的反馈环路中调节截止频率；同时在低增益时，放大器的噪声也要通过调节电容C7、电容C8、电阻R24和电阻R25来平衡不同频率的噪声；通过调整电容C7、电容CS使得运算放大器在单位增益下稳定 ’另外在实际系统中也可以采用小信号响应法对电路参数进行优化。 实施例3:在实际运行中，对滤波器的稳定性有严格的要求，在众多影响因素中，温度是起着重要的作用。因此需要加入恒温模块来保证温度的一致性。本实施例提供的一种扫频光源的滤波器驱动电路，在以上实施例的基础上，如图11所示，所述驱动增强电路的输出端进一步连接有恒温模块，所述滤波器负载置于该恒温模块的恒温箱中；所述恒温模块通过采集滤波器负载的实际温度，对所述滤波器负载的温度进行调节，以保证所述滤波器的温度稳定。所述恒温模块包括受控电源、设定温度电路、温度传感器、温度控制器、温度调节器以及恒温箱；所述温度控制器包括减法器、比例放大器、积分放大器、微分放大器、加法器；所述设定温度电路、温度传感器、温度控制器、温度调节器以及恒温箱均连接至所述受控电源；所述设定温度电路和所述温度传感器分别与所述温度控制器连接，所述温度控制器、温度调节器以及恒温箱依次连接；所述滤波器负载设于所述恒温箱中。由以上实施例得出，本实用新型通过提供一种扫频光源的滤波器驱动电路，使得其输出的频率可在20KHz到200KHz之间连续可调，峰峰值电压可达3V，相位也可调，且其输出负载在I欧左右；保证了滤波器负载的稳定性，满足不同激光器对调制幅度的要求，达到扫频激光波长的可协调。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求1.一种扫频光源的滤波器驱动电路，其特征在于，包括有信号产生电路、滤波电路、增益调整电路及滤波器负载； 所述信号产生电路，用于产生正弦波信号，所述正弦波信号幅值一致、频率可调； 所述滤波电路的输入端连接于所述信号产生电路的输出端，该滤波电路用于滤除所述正弦波信号频带以外的噪声，并输出正弦波信号与窄带噪声的混合波形； 所述增益调整电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述增益调整电路的输出端连接滤波器负载；该增益调整电路用于对所述正弦波信号与窄带噪声的混合波形进行放大，输出正弦波放大信号。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，在所述信号产生电路之后进一步包括相位偏置调整电路，所述相位偏置调整电路的输出端连接于所述滤波电路的输入端，所述相位偏置调整电路用于对所述正弦波信号进行相位调整。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述相位偏置调整电路采用外接加法器电路实现。
4.如权利要求1至3任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述信号产生电路为正弦振荡器或直接数字式频率合成器； 所述正弦振荡器利用主控制器实时调整振荡频率的方法对所述正弦振荡器的频率进行调整。
5.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述滤波电路为有源滤波器或无源滤波器；所述滤波电路为低通电路或带通电路。
6.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述增益调整电路为放大电路或自动增益电路。
7.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述增益调整电路的输出端进一步连接有包含放大器的驱动增强电路，该驱动增强电路的输出端连接滤波器负载。
8.如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动增强电路进一步包括放大器调整电路，所述放大器调整电路用于控制所述驱动增强电路的放大器，使其能在单位增益下稳定。
9.如权利要求7或8所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动增强电路的输出端进一步连接有恒温模块，所述滤波器负载置于该恒温模块的恒温箱中；所述恒温模块通过采集滤波器负载的实际温度，对所述滤波器负载的温度进行调节。
10.如权利要求9所述的驱动电路，其特征在于，所述恒温模块包括受控电源、设定温度电路、温度传感器、温度控制器、温度调节器以及恒温箱； 所述设定温度电路、温度传感器、温度控制器、温度调节器以及恒温箱均连接至所述受控电源； 所述设定温度电路和所述温度传感器分别与所述温度控制器连接，所述温度控制器、温度调节器以及恒温箱依次连接；所述滤波器负载设于所述恒温箱中。
专利摘要本实用新型提供一种扫频光源的滤波器驱动电路，包括有信号产生电路、滤波电路、增益调整电路及滤波器负载；所述信号产生电路，用于产生正弦波信号；所述滤波电路的输入端连接于所述信号产生电路的输出端，该滤波电路用于滤除所述正弦波信号频带以外的噪声；所述增益调整电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，所述增益调整电路的输出端连接滤波器负载；该增益调整电路用于对所述正弦波信号与窄带噪声的混合波形进行放大；本实用新型使得其输出的频率可在20KHz到200KHz之间连续可调，峰峰值电压可达3V，相位也可调，且其输出负载在1欧左右；保证了滤波器负载的稳定性，满足不同激光器对调制幅度的要求，达到扫频激光波长的可协调。
文档编号H03H9/46GK203014759SQ20122068960
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者王挺, 蒲忠杰, 董飒英, 赵士勇, 王荣军, 高洪燕 申请人:乐普(北京)医疗器械股份有限公司