【正文】 收到的信號就弱，因此需要自動增益控制電路來保證輸入到混頻電路部分的不同距離的信號幅度一致，直接反饋接收一路完全無需增加自動增益控制電路，因?yàn)槠渲苯咏邮盏降男盘枏?qiáng)弱始終一樣，控制好后級放大電路的增益完全可以滿足混頻電路輸入信號幅度的要求，但是，考慮到自動增益控制電路帶來的相移，使兩路相位改變不一致，因此采用兩路完全一致的信號調(diào)理電路甚至光電放大及后級放大倍數(shù)都一致，目的是為了減小因電路本身帶來的相移，提高系統(tǒng)的測距精度，也就是設(shè)計成這種電路結(jié)構(gòu)的主要目的。以上就是硬件電路設(shè)計的整體思路及設(shè)計方案。激光二極管均有其閾值電流這一參數(shù)，當(dāng)注入激光器電流大于其閾值電流，激光器才能被激勵而產(chǎn)生激光，當(dāng)注入電流持續(xù)增大時，輸出的激光亮度增強(qiáng)，功率增大。 激光調(diào)制電路本系統(tǒng)中，對激光二極管進(jìn)行直接振幅調(diào)制，激光二極管是電流控制器件，并且系統(tǒng)使用 的高頻調(diào)制信號，必需使用高速跨導(dǎo)運(yùn)算放大器將電壓調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成電流調(diào)制信號，選用高速運(yùn)算跨導(dǎo)放大器 OPA860 實(shí)現(xiàn)把電壓信號轉(zhuǎn)成電流調(diào)制信號以調(diào)制紅外激光二極管，激光二極管調(diào)制電路原理圖如圖 所示。圖 直流偏置電路精密運(yùn)算放大器OPA602同向輸入端接一個10k的電位器接到5V的電源上，調(diào)節(jié)滑動變阻器可以改變同向輸入端的電壓，根據(jù)運(yùn)算放大器虛短的原理，U+=U，電壓的變化可以控制三極管輸出電流的大小，這種控制電流電路結(jié)構(gòu)簡潔，PCB 布局方便，大大減小電路板體積，并且可以很方便的調(diào)節(jié)驅(qū)動電流大小，有利于電路的調(diào)試。 光電流放大電路激光發(fā)射后的調(diào)制光束經(jīng)過 PIN 光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，微弱的電信號需光電流前端放大電路把電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。芯片電源端選擇電感加電容濾波，小容值去耦電容濾除高頻噪聲、大容值濾除低頻噪聲，這種電源去耦結(jié)構(gòu)設(shè)計可以大大減小電源端的噪聲。信號調(diào)理電路主要包括自動增益控制電路和后級信號放大電路，使信號幅值達(dá)到混頻電路輸入信號幅值要求。增益控制輸入引腳的控制電壓GV 的范圍為0—2V，考慮到電路的簡潔以及成本，系統(tǒng)中通過電位器以及電阻外接到 5V 電源上，利用電阻分壓原理通過改變電位器的值來改變控制電壓引腳的電壓值，從而控制運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)，直到輸出信號滿足系統(tǒng)的要求。由于之后還有一級放大電路且放大倍數(shù)為30 倍，自動增益設(shè)置的調(diào)節(jié)范圍不大，使其可以壓縮信號，以滿足混頻電路的輸入信號幅度要求。實(shí)際電路測試中，輸出信號波形穩(wěn)定，滿足設(shè)計要求。圖 混頻及選頻電路原理圖 頻率的正弦波，經(jīng)過混頻電路后，頻率成分比較復(fù)雜，而我們需要的是低頻信號，因此需要選頻電路使6k Hz 信號通過而高頻信號被濾除。電壓傳遞函數(shù)為：式中系統(tǒng)選取的中心頻率為6kHz，當(dāng)m=1時，n=，選取R電阻值1k，則C為33nf，因此 R1=R3=1k，R2=200Ω，C1=C3=33nf，C2 為 100nf。到此采集前端的硬件電路全部設(shè)計完成。[2] 中國礦業(yè)學(xué)院測量教研室。 激光測量技術(shù)[M] 。 兵器工業(yè)出版社,1989。[6] 高林奎,宋瑋同編。 激光測量學(xué)[M ]。 現(xiàn)代電子技術(shù),2005 ,16 :114 – 115。[10] 李季,張毅,戚俊等。數(shù)字信號處理系統(tǒng)與應(yīng)用[M] 。北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1982 :146。 [14] 章正宇,眭曉林。 激光測試原理與技術(shù)[M ]。中國煤炭, 2002 (6) : 47 –49。 20 。 激光測距新方法研究[J ] 。[16] 周孟然。中國激光, 2002 , A29 (7) :661～665。 基于FFT 的激光測距數(shù)字相位計的實(shí)現(xiàn)[J ] 。[12] 張以謨。量子電子學(xué)報, 2003 (2) :87 – 91。精密相位激光測距儀的設(shè)計[J ]。[8] 陳敏,杜小平。 北京: 人民鐵道出版社,1977。液體光擊穿激發(fā)的輻射聲場[ J ]。[4] 張承銓。北京:煤炭工業(yè)出版社,1980。 激光超聲技術(shù)及其應(yīng)用[ J ]。高頻信號已經(jīng)降至低頻信號，采集前端放大電路只需選擇低噪聲、帶寬適中、價格低的基本運(yùn)算放大器就可滿足設(shè)計要求，放大電路選用AD公司的低失真、低噪聲雙運(yùn)放AD8056，電路原理圖如圖 所示。multisim 。常用的技術(shù)就是混頻處理，混頻電路由混頻非線性器件及帶通濾波器組成，常用的混頻器件有二極管、三極管、以及集成乘法器，其中乘法器混頻效果最優(yōu)，混頻后頻率成分少，有極好的載波抑制能力，結(jié)構(gòu)簡單，因此選用AD公司的 500MHz 高速四象限模擬乘法器AD834，其頻率響應(yīng)范圍為500MHz，%，滿量程1V 信號輸入，4m A 差分電流輸出。在設(shè)計中，考慮到寬帶高速放大電路后級輸入端的分布電容，分布電容成為放大電路的容性負(fù)載，很容易引發(fā)自激振蕩，因此，選用電流反饋型運(yùn)算放大器可以有效避免自激，其次，運(yùn)算放大器輸出端串聯(lián)50Ω耦合電阻能夠很好的起到相位補(bǔ)償避免產(chǎn)生自激。本文設(shè)計的自動增益控制電路原理圖如圖 所示。本文采用 TI 公司的低噪聲、寬頻帶的可變增益放大器 LMH6505，包含閉環(huán)輸入緩沖、電壓控制可變增益及輸出運(yùn)算放大器。、圖 光電流放大電路 信號調(diào)理電路設(shè)計根據(jù)探測器的回波功率這一參數(shù)，通常情況下 PIN 光電二極管探測的回波功率與被測距離的平方成反比 ，因此，測量的距離越大，探測器接收的光信號越小，經(jīng)過光電流轉(zhuǎn)換后的信號幅值就越小。該放大器有一個高速輸出級可以驅(qū)動高負(fù)載，低噪聲、皮安級輸入電流使其特別適合與光電二極管前置放大器。 光電子接收及其放大電路調(diào)制信號以激光為載波發(fā)射出去，發(fā)射后的光束一部分直接反饋到內(nèi)部的光電探測器中，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后作為參考信號通過信號調(diào)理電路。調(diào)制電流信號和直流偏置疊加后驅(qū)動紅外激光二極管，使用精密運(yùn)算放大器 OPA602 和PNP 型三極管 MMBT3906 提供直流偏置來驅(qū)動半導(dǎo)體紅外激光二極管，運(yùn)算放大器提供直流電壓，只需選用普通的低價格的器件足以滿足設(shè)計要求。在通常情況下，采用恒流驅(qū)動來驅(qū)動激光二極管，可以利用負(fù)反饋來控制整個回路從而直接控制驅(qū)動電流。系統(tǒng)選擇國產(chǎn)的 BLLDPFA2D3110A1GR 尾纖式紅外半導(dǎo)體激光器，其回波損耗相當(dāng)?shù)?，適用于遠(yuǎn)距離傳輸。但是，考慮到項(xiàng)目處于初級研究階段，實(shí)際電路均選擇單運(yùn)放及信號調(diào)理電路芯片來測試系統(tǒng)電路的性能。對于參考信號和接收信號，采用兩路完全一致的信號調(diào)理電路，設(shè)計的目的就是使兩路接收信號經(jīng)過調(diào)理電路時能夠產(chǎn)生一致的相移，達(dá)到高精度的距離測量。實(shí)際電路中配置 PLL2_N 倍頻值為303，計 算 得 到VCO輸 出