一种用于光纤陀螺仪的光接收转换放大电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光接收转换放大电路，特别是适用于光纤陀螺仪的光接收转换放大电路，属于仪器设计领域。
【背景技术】
[0002]光纤陀螺作为测量角速度、角位移的器件，是惯导系统中不可缺少的关键部件，被广泛应用于宇宙飞行器、飞机、导弹、舰船、装甲车、汽车等导航系统中。
[0003]其中，闭环光纤陀螺由光路和电路两大部分组成。光路部分的主要功能是把光纤陀螺的输入角速率Ω转变为光纤敏感线圈内光波的相位差，并通过干涉，转变为探测器输出电流的变化。
[0004]电路部分又可分为以下三个部分:信号检测转换部分、时序控制及阶梯波反馈部分和信号处理部分。
[0005]信号检测转换部分主要完成对探测器输出电流信号隔直、滤波、放大，并通过AD转换，转变为数字信号，而光接收转换放大电路则是信号检测转换的必须模块。光接收转换放大电路的主要功能是将光信号进行光电转换后得到电信号，对该电信号进行低噪声放大，由于光接收转换放大电路的输出信号通常作为AD转换器的输入信号，因此它的设计要与AD转换器结合考虑。此外，信号处理电路本身引入的噪声也是测量精度提高的限制因素。
[0006]而高性能模数转换器AD9225芯片是闭环光纤陀螺的电路实现AD转换的一个较好选择，AD9225芯片是ADI公司生产的12位精度、最高采样速率为25Msps的低噪声、高性能模数转换器，如果先用低噪声放大器对光检测得到的小信号放大，这样就可以保证位数较低的AD9225芯片转换电路能够准确的采得小信号的全部信息，并且AD9225芯片采用模拟差分输入口 ；综上，在陀螺仪电路设计中我们需要设计能与诸如AD9225芯片这样的位数较低，并且米用模拟差分输入口的AD模块相匹配的光接收转换放大电路。
【实用新型内容】
[0007]针对上述问题和不足，本实用新型所要解决的技术问题是:怎样提供一种电路本身引入噪声低；能与位数较低，并且采用模拟差分输入口的AD模块相匹配以提高系统测量精度的光接收转换放大电路。
[0008]为了解决上述问题，本实用新型采用了以下的技术方案。
[0009]—种用于光纤陀螺仪的光接收转换放大电路，其特征在于:包括光接收组件，跨阻放大器，反相放大器和单端输入转差分输出模块组成；
[0010]所述跨阻放大器输入端与光接收组件的输出端相连接；
[0011]跨阻放大器的输出端与反相放大器的输入端相连接，反相放大器的输出端与单端输入转差分输出模块的输入端相连接，单端输入转差分输出模块的差分输出端为光电转换放大电路的输出端；
[0012]所述跨阻放大器包括运算放大器0PA627芯片，0PA627芯片的输出脚和0PA627芯片的负输入脚之间设置有负反馈电阻RF。
[0013]进一步的，所述光接收组件由PIN光电二极管和场效应管组成。
[0014]相比现有技术，本实用新型具有如下优点:
[0015]本实用新型选用的信号处理芯片为运算放大器0PA627芯片，以运算放大器0PA627芯片为核心实现了跨阻放大器，由于描述该芯片的优点一种精密高速运算放大器，为当光纤陀螺转速较低时，转速信号非常微弱，放大器本身引入的噪声显得尤为关键，而本实用新型中0PA627芯片本身引入噪声非常小，这有利于提高系统测量精度；
[0016]此外，本实用新型采用AD8138芯片实现了单端输入转差分输出模块，这使得跨阻放大器输出的单端信号(当然是经反相放大后)能够转换为差分信号，供给位数较低并且需要差分模拟输入的AD模块(典型的如AD9225芯片)，跨阻放大器、单端输入转差分输出模块以及前述特点AD模块的配合使用使得陀螺仪电路系统噪声得到降低。
【附图说明】
[0017]图1为闭环光纤陀螺仪结构示意图；
[0018]图2为本实用新型电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明。
[0020]闭环光纤陀螺由光路和电路两大部分组成。光路部分的主要功能是把光纤陀螺的输入角速率Ω转变为光纤敏感线圈内光波的相位差，并通过干涉，转变为探测器输出电流的变化。电路部分又可分为以下三个部分:信号检测转换部分、时序控制及阶梯波反馈部分和信号处理部分。
[0021]具体的，如图1所示，闭环光纤陀螺的电路按功能可分为以下电路模块:光电转换放大电路、AD转换电路、信号处理电路、DA转换电路、光源驱动与温控电路等。
[0022]如图2所示，本实用新型光接收转换放大电路是闭环光纤陀螺的电路的一个重要组成部分，本实用新具体电路组成和电路连接关系是:
[0023]本实用新型光接收转换放大电路包括:光接收组件，跨阻放大器，反相放大器和单端输入转差分输出模块。
[0024]其中，光接收组件能将接收到的光信号转换成电信号。具体的，光接收组件由PIN光电二极管和低噪声GaAsFET场效应管组成，也即是在一个PIN光电二极管后面集成一个GaAsFET场效应管，GaAsFET场效应管有很高的输入电阻，起到了前端放大的作用，光接收组件采用现有成熟模块即可。
[0025]如图2所示，跨阻放大器采用运算放大器0PA627芯片实现；0PA627芯片是一种精密高速运算放大器，具体的，0PA627芯片的输出脚(第6脚)和负输入脚(第2脚)之间设置有负反馈电阻以实现跨阻放大(电流-电压变换)。还可以设置一个与负反馈电阻并联的电容，用于进行响应特性补偿。
[0026]0PA627芯片的负输入脚是跨阻放大器的输入端，0PA627芯片的输出脚是跨阻放大器的输出端。
[0027]单端输入转差分输出模块采用AD8138芯片实现。
[0028]具体电路连接关系如下:
[0029]跨阻放大器输入端与光接收组件的输出端相连接；
[0030]跨阻放大器的输出端与反相放大器的输入端相连接，反相放大器的输出端与单端输入转差分输出模块的输入端相连接，单端输入转差分输出模块的差分输出端为光电转换放大电路的输出端；
[0031]本实用新型电路的工作原理阐述如下:
[0032]首先阐述闭环光纤陀螺的电路的基本工作原理:光接收转换放大电路将光电转换后的信号(陀螺信号)进行低噪声放大，以满足AD转换电路的输入范围要求;AD转换电路用以将放大后的模拟信号转换为数字信号；信号处理电路对输入的数字信号进行预先设计好的处理，以获取转速的精确信息和产生反馈信号参量；DA转换电路及相位调制器驱动电路将信号处理电路形成的数字反馈调制信号转化为模拟信号输出到光路中的铌酸锂相位调制器上；光源驱动与温控电路用于驱动和稳定光路中的SLD光源；信号处理电路输出的数字反馈调制信号转换为422电平后，经由RS422接口卡的输出端直接连到微机上，用以显示测量到的实时转速信号的大小，以便观测。
[0033]本实用新型的工作原理在于:光接收组件中的PIN光电二极管能够接收光陀螺仪光路输出的光信号(光信号通过光纤耦合传递)，光接收组件中的场效应管对PIN光电二极管输出的光电路进行前端放大，再送往后续电路进行处理。
[0034]后续电路包括跨阻放大器，反相放大器和单端输入转差分输出模块。
[0035]具体的，跨阻放大器由以运放0PA627为核心的设计实现，光接收组件输出的信号(陀螺信号)经过0PA627跨阻放大，跨阻放大的原理在于0PA627芯片的输出脚和0PA627芯片的负输入脚之间设置有负反馈电阻RF，这形成了一个跨阻放大器需要的电压并联负反馈，对于电压并联负反馈电路一旦反馈电阻确定，输出电压仅仅取决于输入电流，也即是取决于光接收组件输出的微弱电流信号，放大器的增益量纲为电阻，并且放大器的增益与反馈电阻成正比，反馈电阻取值越大，放大器增益越大。
[0036]跨阻放大器输出信号再经过反相放大器进一步反相放大。
[0037]最后由于通常使用的AD转换器为差分输入，因此必须将反相放大器输出的单端信号转换为差分信号，这一转换任务由AD8138芯片完成，以AD8138芯片为核心的单端输入转差分输出模块将单端信号转为差分信号以后送入AD转换模块的模拟输入引脚VINA和VINB0
[0038]本实用新型选用的信号处理芯片为运算放大器0PA627芯片，以运算放大器0PA627芯片为核心实现了跨阻放大器，由于描述该芯片的优点一种精密高速运算放大器，为当光纤陀螺转速较低时，转速信号非常微弱，放大器本身引入的噪声显得尤为关键，而本实用新型中0PA627芯片本身引入噪声非常小，这有利于提高系统测量精度；
[0039]此外，本实用新型采用AD8138芯片实现了单端输入转差分输出模块，这使得跨阻放大器输出的单端信号(当然是经反相放大后)能够转换为差分信号，供给位数较低并且需要差分模拟输入的AD9225芯片，而如【背景技术】所述AD9225芯片在陀螺仪电路中的使用又能使得系统噪声得到降低。
[0040]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种用于光纤陀螺仪的光接收转换放大电路，其特征在于:包括光接收组件，跨阻放大器，反相放大器和单端输入转差分输出模块组成； 所述跨阻放大器输入端与光接收组件的输出端相连接； 跨阻放大器的输出端与反相放大器的输入端相连接，反相放大器的输出端与单端输入转差分输出模块的输入端相连接，单端输入转差分输出模块的差分输出端为光电转换放大电路的输出端； 所述跨阻放大器包括运算放大器0PA627芯片，0PA627芯片的输出脚和0PA627芯片的负输入脚之间设置有负反馈电阻RF。2.根据权利要求1所述的一种用于光纤陀螺仪的光接收转换放大电路，其特征在于，所述光接收组件由PIN光电二极管和场效应管组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于光纤陀螺仪的光接收转换放大电路，包括光接收组件，跨阻放大器，反相放大器和单端输入转差分输出模块；跨阻放大器输入端与光接收组件的输出端相连接；跨阻放大器的输出端与反相放大器的输入端相连接，反相放大器的输出端与单端输入转差分输出模块的输入端相连接，单端输入转差分输出模块的差分输出端为光电转换放大电路的输出端。本实用新型具有电路本身引入噪声非常小，有利于提高系统测量精度优点；此外本实用新型具有能与位数较低，并且采用模拟差分输入口的AD模块相匹配以提高系统测量精度的优点。
【IPC分类】H03F3/08, H03F3/45, G01C19/72
【公开号】CN204948032
【申请号】CN201520490411
【发明人】李会军
【申请人】重庆工业职业技术学院
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年6月30日