高精度半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-開題報(bào)告

題目：高精度半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)報(bào)告人：保密導(dǎo)師：隱私教授開題報(bào)告提綱：一、基本概念與原理二、研究意義三、控制對象四、設(shè)計(jì)內(nèi)容五、進(jìn)展計(jì)劃六、參考文獻(xiàn)一、基本概念與原理1.1半導(dǎo)體激光器的概念及發(fā)展半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器。半導(dǎo)體激光器相比于其它種類的激光器，還具有單色性強(qiáng)、光譜集中、可高速直接調(diào)制、便攜性、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定等眾多優(yōu)點(diǎn)；因而常被用作光學(xué)儀器中的光源部分，并廣泛應(yīng)用于物質(zhì)檢測、環(huán)境監(jiān)測、成份分析、計(jì)算機(jī)、通信、醫(yī)療、機(jī)械加工、航天和國防等領(lǐng)域，更是光電子學(xué)研究中不可或缺的器件之一。1962年，美國的克耶斯ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Keyes</Author><Year>1962</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">1</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Keyes,RJ</author><author>Quist,TM</author></authors></contributors><titles><title>Recombinationradiationemittedbygalliumarsenide</title><secondary-title>proc.IRE</secondary-title></titles><periodical><full-title>proc.IRE</full-title></periodical><pages>1822-1823</pages><volume>50</volume><number>8</number><dates><year>1962</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Keyes,1962#1"1]（Keyes）等人發(fā)現(xiàn)砷化鎵（GaAs）材料具有光發(fā)射現(xiàn)象。隨后第一臺(tái)同質(zhì)結(jié)GaAs半導(dǎo)體激光器由美國的霍爾ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Hall</Author><Year>1962</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">2</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Hall,RN</author><author>Fenner,GE</author><author>Kingsley,JD</author><author>Soltys,TJ</author><author>Carlson,RO</author></authors></contributors><titles><title>CoherentLightEmissionfromGa-AsJunctions</title><secondary-title>Phys.Rev.Lett</secondary-title></titles><periodical><full-title>Phys.Rev.Lett</full-title></periodical><pages>366</pages><volume>9</volume><dates><year>1962</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Hall,1962#2"2]（Hall）發(fā)明，至此揭開了半導(dǎo)體激光器發(fā)展的序幕。80年代初期，分子束外延、氣相沉積等技術(shù)作為超薄層材料生長方法相繼問世，電子束曝光和離子束刻蝕在超微細(xì)結(jié)構(gòu)加工領(lǐng)域活躍，這些技術(shù)不僅促進(jìn)了激光器的商品化，還為分布反饋（DFB）和垂直腔面發(fā)射（VCSEL）等新一代半導(dǎo)體激光器的誕生提供了條件ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Iga</Author><Year>1988</Year><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">4</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Iga,Kenichi</author><author>Koyama,Fumio</author><author>Kinoshita,Susumu</author></authors></contributors><titles><title>Surfaceemittingsemiconductorlasers</title><secondary-title>QuantumElectronics,IEEEJournalof</secondary-title></titles><periodical><full-title>QuantumElectronics,IEEEJournalof</full-title></periodical><pages>1845-1855</pages><volume>24</volume><number>9</number><dates><year>1988</year></dates><isbn>0018-9197</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Iga,1988#4"3]。早期的半導(dǎo)體激光器工作環(huán)境非?？量?，只能在超低溫下才能實(shí)現(xiàn)微秒脈沖工作。時(shí)至今日，半導(dǎo)體激光器的發(fā)展經(jīng)歷了半導(dǎo)體生長技術(shù)的提升和工作物質(zhì)的更新?lián)Q代，其腔體結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)、性能不斷優(yōu)化，在短短的幾十年內(nèi)取得了如下令世人矚目的成就：a、工作環(huán)境從超低溫發(fā)展到常溫ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>程開富</Author><Year>2008</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">5</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>程開富</author></authors></contributors><titles><title>半導(dǎo)體光電子激光器技術(shù)的發(fā)展</title><secondary-title>電子元器件應(yīng)用</secondary-title></titles><periodical><full-title>電子元器件應(yīng)用</full-title></periodical><pages>78-80</pages><volume>10</volume><number>8</number><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"程開富,2008#5"4]；b、閾值電流從幾百毫安降至幾十毫安，甚至亞毫安級別，并向著無閾值方向發(fā)展；c、波長范圍從紅外波段發(fā)展到藍(lán)綠光波段ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>阮永豐</Author><Year>2002</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">7</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>阮永豐</author><author>許強(qiáng)</author></authors></contributors><titles><title>藍(lán)綠光波段激光技術(shù)與材料的研究進(jìn)展</title><secondary-title>人工晶體學(xué)報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>人工晶體學(xué)報(bào)</full-title></periodical><pages>266-276</pages><volume>31</volume><number>3</number><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"阮永豐,2002#7"5]；d、光電轉(zhuǎn)換效率不斷提高，已優(yōu)于60%以上ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Meister</Author><Year>2004</Year><RecNum>8</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>8</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">8</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Meister,J?rg</author><author>Franzen,Rene</author><author>Apel,Christian</author><author>Gutknecht,Norbert</author></authors></contributors><titles><title>Multireflectionpumpingconceptforminiaturizeddiode-pumpedsolid-statelasers</title><secondary-title>Appliedoptics</secondary-title></titles><periodical><full-title>Appliedoptics</full-title></periodical><pages>5864-5869</pages><volume>43</volume><number>31</number><dates><year>2004</year></dates><isbn>1539-4522</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Meister,2004#8"6]；e、使用壽命從幾百小時(shí)發(fā)展到百萬小時(shí)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李維暉</Author><Year>2001</Year><RecNum>9</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">9</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李維暉</author></authors></contributors><titles><title>新光源半導(dǎo)體激光器</title><secondary-title>現(xiàn)代科學(xué)儀器</secondary-title></titles><periodical><full-title>現(xiàn)代科學(xué)儀器</full-title></periodical><pages>58-60</pages><number>3</number><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"李維暉,2001#9"7]；f、大功率半導(dǎo)體激光器、陣列激光器問世。1.2半導(dǎo)體激光器工作原理增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔是構(gòu)成任何一款激光器的必要條件ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>周炳琨</Author><Year>2000</Year><RecNum>100</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>100</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">100</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>周炳琨</author><author>高以智</author><author>陳倜嶸</author></authors></contributors><titles><title>激光原理</title></titles><volume>243</volume><dates><year>2000</year></dates><publisher>國防工業(yè)出版社</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"周炳琨,2000#100"8]。半導(dǎo)體激光器通過向PN結(jié)注入一定大小電流產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子的積累，并使之發(fā)生受激輻射；再通過諧振腔對光強(qiáng)的正反饋，使光子在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩；最后，在滿足產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件下，激光器在末端采用光纖耦合的方式，將產(chǎn)生的激光輸出。1.3半導(dǎo)體激光器的特性閾值特性光子在諧振腔內(nèi)出現(xiàn)振蕩時(shí)所達(dá)到的條件稱為閾值條件。如圖1-1所示，采用半導(dǎo)體激光器的輸出功率來表示其閾值特性。開始時(shí)，由于PN結(jié)的注入電流較小，半導(dǎo)體激光器的發(fā)光效率很低，主要以反轉(zhuǎn)粒子的自發(fā)輻射為主，產(chǎn)生熒光。進(jìn)一步增大注入電流，輸出功率會(huì)隨著電流的增大陡然上升，這時(shí)工作物質(zhì)的增益大于損耗，光子在諧振腔中震蕩產(chǎn)生激光。圖1-1半導(dǎo)體激光器閾值特性溫度特性半導(dǎo)體激光器的溫度特性主要表現(xiàn)為：激光器從開始啟動(dòng)到某一時(shí)間內(nèi)，其各項(xiàng)特性會(huì)由于內(nèi)部增益介質(zhì)的溫度升高而改變，然后趨于穩(wěn)定。圖1-2半導(dǎo)體激光器的P-I特性曲線如圖1-2所示，半導(dǎo)體激光器在10～130℃范圍內(nèi)每間隔10℃的P-I特性曲線。圖中表明隨著半導(dǎo)體器件溫度的增高，其閾值電流不斷增大且增大幅度越發(fā)明顯。由此可以看出半導(dǎo)體激光器是一個(gè)熱敏元件，對溫度特別敏感。如果工作溫度不穩(wěn)定，那么溫度會(huì)對其各項(xiàng)指標(biāo)都會(huì)產(chǎn)生影響，如閾值、波長、輸出功率在不同溫度下都有比較明顯的改變。實(shí)驗(yàn)表明，工作溫度每增加25℃，它的使用壽命便減少一半；每攝氏度溫度的變化會(huì)引起約0.2~0.3nm輸出波長的改變ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>焦明星</Author><Year>2006</Year><RecNum>98</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>98</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">98</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>焦明星</author><author>邢俊紅</author><author>劉蕓</author><author>范吉中</author><author>安龍華</author></authors></contributors><titles><title>半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</title><secondary-title>激光與紅外</secondary-title></titles><periodical><full-title>激光與紅外</full-title></periodical><pages>261-264</pages><volume>36</volume><number>4</number><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"焦明星,2006#98"9]。調(diào)制特性半導(dǎo)體激光器具有快速波長調(diào)制的特性，這一特與光譜學(xué)結(jié)合發(fā)展成為調(diào)制光譜技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于氣體濃度痕量領(lǐng)域。半導(dǎo)體激光器的調(diào)制方法分為波長調(diào)制和頻率調(diào)制。其基本原理都是通過改變載流子濃度、電場強(qiáng)度、溫度和壓力等，來改變工作物質(zhì)的折射率和峰值增益，從而改變所對應(yīng)的波長。二、研究意義2.1半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀初期的驅(qū)動(dòng)設(shè)備采用模擬控制方式的純硬件電路。此種電路精度欠佳，驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備性能較差，功能比較單一，一般只有電流驅(qū)動(dòng)功能，溫度控制則需要另外配置，在很多應(yīng)用場合中受到限制。然而，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備自動(dòng)化進(jìn)程也不斷向前進(jìn)步。單片機(jī)、DSP等集成控制芯片的出現(xiàn)，使驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備的可操作性和自動(dòng)化程度得到增強(qiáng)，擴(kuò)大了半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>鄒文棟</Author><Year>2002</Year><RecNum>14</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>14</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">14</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>鄒文棟</author><author>高益慶</author></authors></contributors><titles><title>單片機(jī)控制的半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電源</title><secondary-title>激光雜志</secondary-title></titles><periodical><full-title>激光雜志</full-title></periodical><pages>70-71</pages><volume>23</volume><number>4</number><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"鄒文棟,2002#14"10]。如今，半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)大多使用模擬電路與數(shù)字電路搭配，通過綜合控制方式，實(shí)現(xiàn)對電流、溫度等電路的整體控制。目前，歐美一些發(fā)達(dá)國家處于激光器控制儀器制造業(yè)的領(lǐng)先地位，我國雖然起步比較晚，但也取得了不少成果。主要代表產(chǎn)品如下：美國WavelengthElectronics公司產(chǎn)品系列眾多，其產(chǎn)品主要是低廉小型化、模塊化的高性能激光器驅(qū)動(dòng)器及溫度控制器（如圖2-1）。 a b c圖2-1WavelengthElectronics公司三大系列產(chǎn)品美國ILXLightwave公司LDC-3700C系列（如圖2-2(a)）是專為控制半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流和溫度而設(shè)計(jì)的，子產(chǎn)品LDC-3714C、LDC-3724C和LDC-3744C配備雙電流量程分別為50/100mA、200/500mA和2/4A。a b圖2-2ILXLightwave公司LDC-3700系列產(chǎn)品德國ALPHALAS公司作為資深的光學(xué)儀器生產(chǎn)廠商，其主要代表產(chǎn)品是LPS1-2T系列（如圖2-3）帶有雙TEC控制器的數(shù)字化半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)。圖2-3ALPHALAS公司LPS1-2T系列產(chǎn)品北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司的代表產(chǎn)品GKD系列半導(dǎo)體連續(xù)激光電源（如圖2-4）。圖2-4北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司GKD系列產(chǎn)品上海技馳電子科技有限公司生產(chǎn)的J-CW系列（如圖2-5）。圖2-5上海技馳電子科技有限公司圖J-CW系列產(chǎn)品2.2研究的意義半導(dǎo)體激光器在各領(lǐng)域中作為一種重要光源。維持其輸出功率穩(wěn)定以及輸出波長保持不變，便成為亟待解決的重要問題。實(shí)驗(yàn)室或其他儀器中使用的半導(dǎo)體激光器，都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和測試環(huán)境的要求選擇的最佳方案。為了發(fā)揮出其應(yīng)有的性能，半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)和控制的器件性能成為了決定性因素。在為激光器選擇驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，應(yīng)充分考慮半導(dǎo)體激光器的注入電流和工作溫度，還應(yīng)保證其能夠長期穩(wěn)定的工作。但在實(shí)際使用中，由于半導(dǎo)體激光器是一種熱敏元件且對電流信號反應(yīng)比較靈敏，微小的電流和溫度變化會(huì)使半導(dǎo)體激光器的工作受到影響，導(dǎo)致半導(dǎo)體激光器輸出功率的波動(dòng)；若操作不當(dāng)，劇烈變化的電流和溫度會(huì)造成半導(dǎo)體激光器的使用壽命減少，甚至是損壞。由此可以看出，注入電流、工作溫度既是半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)器件的性能指標(biāo)，也是決定半導(dǎo)體激光器工作性能的關(guān)鍵因素。準(zhǔn)確的控制半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流和工作溫度可以更好的發(fā)揮出器件的性能和優(yōu)勢，同時(shí)杜絕電流、溫度的大幅波動(dòng)，能夠達(dá)到保護(hù)器件、延長使用壽命的作用。因此，對于半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究具有實(shí)際意義。尤其是在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，基于近紅外二極管激光吸收光譜的TDLAS氣體檢測技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展。該方法具有高分辨率，高靈敏度，高選擇性和響應(yīng)速度快等特點(diǎn)；只要選取合適的檢測波段，便可以使測量結(jié)果達(dá)到ppm量級ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lackner</Author><Year>2007</Year><RecNum>64</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>64</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">64</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Lackner,Maximilian</author></authors></contributors><titles><title>Tunablediodelaserabsorptionspectroscopy(TDLAS)intheprocessindustries–areview</title><secondary-title>ReviewsinChemicalEngineering</secondary-title></titles><periodical><full-title>ReviewsinChemicalEngineering</full-title></periodical><pages>65-147</pages><volume>23</volume><number>2</number><dates><year>2007</year></dates><isbn>2191-0235</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Lackner,2007#64"11]。因此，該技術(shù)在氣體監(jiān)測儀器制造業(yè)界受到極大的推崇，各種商業(yè)化儀器的開發(fā)也在緊鑼密鼓的進(jìn)行中。蝶形封裝DFB激光器作為該技術(shù)中最常用的檢測光源，其驅(qū)動(dòng)控制器的技術(shù)一直影響著氣體監(jiān)測的分辨率和靈敏度。大型專業(yè)的半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)控制裝置，其性能固然出色，但是其體積龐大，價(jià)格昂貴，無法集成在日趨小型化的儀器當(dāng)中。綜上所述，所設(shè)計(jì)的一款結(jié)構(gòu)小巧、運(yùn)行穩(wěn)定、控制精準(zhǔn)的半導(dǎo)體激光器控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。三、設(shè)計(jì)控制對象本設(shè)計(jì)所驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光器是14針蝶形DFB激光器，又稱分布式反饋激光器。其工作物質(zhì)為半導(dǎo)體，類屬側(cè)面發(fā)射型激光器且內(nèi)部設(shè)有布拉格光柵。DFB激光器具有較高的功率、中心波長范圍在750nm到3500nm、諧調(diào)范圍寬和線寬較窄等特點(diǎn)。如圖3-1。不同型號的針腳雖有所區(qū)別，但基本功能大體一致，如圖3-1(b)圖所示為一種典型的針腳功能定義。14個(gè)引腳連接到內(nèi)部集成的各個(gè)模塊，包括激光二極管、光電二極管、熱電制冷器(TEC)、熱敏電阻等四個(gè)主要模塊ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張少飛</Author><Year>2009</Year><RecNum>15</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">15</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>張少飛</author><author>郭強(qiáng)</author><author>王會(huì)娟</author><author>王首長</author><author>胡愛蘭</author></authors></contributors><titles><title>基于ARM的半導(dǎo)體激光精確控溫系統(tǒng)的研制</title><secondary-title>紅外與激光工程</secondary-title></titles><periodical><full-title>紅外與激光工程</full-title></periodical><pages>995-998</pages><number>6</number><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"張少飛,2009#15"12]。通過改變相關(guān)針腳電流的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對器件溫度的調(diào)節(jié)。a b圖3-1蝶形封裝的DFB激光器熱電制冷器，在DFB激光器中是溫度控制的核心器件，它被集成在蝶形封裝之中通過兩個(gè)引腳來進(jìn)行對溫度的調(diào)節(jié)。但是，它的能源轉(zhuǎn)換率僅有40%—50%，遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)的冷凍壓縮機(jī)的效率?？紤]到它結(jié)構(gòu)簡單、體積小、控制方便、可靠性高、無制冷劑等優(yōu)點(diǎn)，人們常把它使用在小型儀器中ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>陳振林</Author><Year>1999</Year><RecNum>91</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>91</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="er9vzstd3995tteaasz5szphrrxa5axre5ef">91</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>陳振林</author><author>孫中泉</author></authors></contributors><titles><title>半導(dǎo)體制冷器原理與應(yīng)用</title><secondary-title>微電子技術(shù)</secondary-title></titles><periodical><full-title>微電子技術(shù)</full-title></periodical><pages>63-65</pages><volume>27</volume><number>5</number><dates><year>1999</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"陳振林,1999#91"13]。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路如下：分析需求與功能，確定性能要求；依據(jù)功能與性能，選擇芯片；了解芯片引腳功能與連接方式；依據(jù)連接方式設(shè)計(jì)電路；根據(jù)實(shí)際需要，增加保護(hù)電路并優(yōu)化電路，降低干擾；依據(jù)器件引腳功能與連接方式，編寫驅(qū)動(dòng)程序；焊接與調(diào)試；性能測試與實(shí)際應(yīng)用。論文將依據(jù)該思路，首先按照分析背景需求，參考相關(guān)原理，確定本設(shè)計(jì)性能的步驟，提出設(shè)計(jì)方案。然后分別從硬件電路和驅(qū)動(dòng)程序兩個(gè)方面，對設(shè)計(jì)的器件選型、接口功能、電路設(shè)計(jì)一一解讀；對程序的編寫思路和方法，以及程序所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行詳細(xì)說明。在對電路完成焊接后，將程序通過開發(fā)軟件和仿真器燒寫到設(shè)計(jì)中的控制芯片。最后介紹了本設(shè)計(jì)的定標(biāo)、穩(wěn)定性、精度的測試過程以及實(shí)際應(yīng)用。本設(shè)計(jì)在PCB制版過程中，采用分立設(shè)計(jì)思想，把功能相關(guān)性較高的模塊設(shè)計(jì)在同一塊小的PCB板上，通過FFC（俗稱排線）將若干PCB連接成一個(gè)完整的電路。這種設(shè)計(jì)方法可以使常規(guī)比較扁平的PCB電路板，以折疊的方式，布置在一個(gè)小巧的設(shè)備機(jī)箱之中，充分體現(xiàn)了本設(shè)計(jì)精巧便攜的優(yōu)點(diǎn)。另外，本設(shè)計(jì)還具有控制范圍可調(diào)、初始值可存儲(chǔ)的功能。五、進(jìn)展計(jì)劃5.1已完成的工作從半導(dǎo)體激光器的特性可知，我們設(shè)計(jì)的激光器驅(qū)動(dòng)控制器應(yīng)該滿足以下性能：a、電流和溫度可控性；b、控制的穩(wěn)定性；c、控制的準(zhǔn)確性的；d、調(diào)制功能；e、電氣保護(hù)性；f、便攜性、緊湊性、低功耗；g、模塊化、靈活性。根據(jù)實(shí)際要求，本半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)及溫控系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)如下：(1)恒流輸出0～120mA且連續(xù)可調(diào)；(2)電流精度優(yōu)于0.005mA；(3)溫度控制范圍10～40℃；(4)溫控精度優(yōu)于0.005℃；依據(jù)性能要求，設(shè)計(jì)出整體方案如下：首先，本設(shè)計(jì)需要一個(gè)基本的驅(qū)動(dòng)電路來為蝶形DFB激光器提供工作電流。同時(shí)，為了滿足設(shè)計(jì)中電流和溫度的可調(diào)性，需要添加一個(gè)可調(diào)節(jié)的壓控電流源，考慮到蝶形DFB激光器中有內(nèi)嵌的TEC電路，溫度的可調(diào)性可以通過外加控制電流來實(shí)現(xiàn)。因此，我們設(shè)計(jì)一個(gè)PID電路來實(shí)現(xiàn)溫度的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。其次，由上述可知，兩個(gè)控制電壓應(yīng)該具有可調(diào)性、穩(wěn)定性，為滿足設(shè)計(jì)中對電流和溫度準(zhǔn)確性的要求，控制電壓輸出采用數(shù)字電路設(shè)計(jì)。針對電流和溫度兩個(gè)被控制量，應(yīng)該有兩路控制輸入，經(jīng)過微控制單元MCU控制DAC芯片產(chǎn)生具有高精度和高穩(wěn)定的電壓值輸出給激光器驅(qū)動(dòng)單元。最后，為了實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中的調(diào)制功能，我們設(shè)計(jì)了激光器調(diào)制電路。該部分屬于本設(shè)計(jì)的附屬功能，它是