專利名稱：光電二極管恒溫控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光電二極管恒溫控制方法及裝置，屬于溫度控制領域。
背景技術：
公知，光電雪崩二極管通常運用于光電探測上，需要比較高的靈敏度，因為其 自身的增益受溫度影響大，這就需要對其進行溫度補償控制。
目前，對光電雪崩二極管進行溫度補償一般采用調整光電二極管偏壓的方法， 但是外部提供偏壓控制通常需要幾十到100V的偏壓，對偏壓控制的精度也有相當高的要 求，這些都需要通過一系列的復雜外圍電路才能實現(xiàn)。 專利號為200420034040.X的中國實用新型專利公開了一種雪崩光電二極管溫度 偏置電壓測試設備，通過在電壓產生部分設置有升壓裝換器及另設置控制裝置如單片機 來補償APD的偏置電壓，可以控制APD的偏壓使之隨溫度按一定的規(guī)律改變，這樣可以 維持APD增益基本恒定，保證其正常工作。但是僅設升壓轉換器對APD的溫度變化不 敏感，施于APD的偏置電壓會產生滯后，導致測試數(shù)據(jù)不準確和偏差。
另外可以設置熱敏電阻和溫度補償裝置達到對APD偏壓的溫度進行補償，如專 利號為200310114995.6的中國發(fā)明專利公開了一種用于雪崩光電二極管接收機的溫度補 償設備，其包括電壓產生部分，光接收部分包括熱敏電阻，熱敏電阻用于感知APD中的 溫度變化，控制部分包括溫度補償裝置，其能接收來自熱敏電阻的溫度數(shù)據(jù)，通過改變 與熱敏電阻相連的可調補償電阻的大小來改變補償斜率，對APD的溫度相關性能損失進 行補償，但是可調補償電阻存在較大的誤差，當APD溫度系數(shù)不同時引起誤差較大，無 法實現(xiàn)要求溫度范圍內的全范圍良好溫度補償。
發(fā)明內容
為了克服采用控制偏壓的方法對光電二極管進行溫度補償所帶來的電路復雜和 精度問題，本發(fā)明的目的就在于提供一種光電二極管恒溫控制方法和裝置，能保證光電 二極管工作在恒定的增益，在環(huán)境溫度變化很大的情況下，也可以精確的控溫。
本發(fā)明的技術方案是光電二極管恒溫控制方法，包括如下步驟溫度傳感 器探測光電二極管溫度，通過模數(shù)轉換器將溫度電信號轉換為數(shù)字信號，數(shù)字信號處理 器對溫度信號進行處理，其特征在于運用比例積分微分增量算法，控制數(shù)模轉換器輸 出，控制脈寬調制功率驅動電路，驅動半導體制冷器對光電二極管模塊進行控溫，半導 體制冷器控溫是雙向的能加熱制冷，且通過RS232串行接口電路設定調整控制溫度，并 實時讀取溫度，整個裝置是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。
光電二極管恒溫控制裝置，其特征在于包括光電二極管夾具和溫度控制卡兩 部分，夾具部分和溫度控制卡通過軟線連接；光電二極管夾具部分包括光電二極管夾 具、溫度傳感器和半導體制冷器；溫度控制卡部分包括數(shù)字信號處理器、模數(shù)轉換器、 數(shù)模轉換器、溫度信號處理電路、脈寬調制功率驅動電路和RS232串行接口電路；
在光電二極管夾具內部設置溫度傳感器；在光電二極管夾具底部設置半導體制 冷器；溫度傳感器連接至溫度信號處理電路，溫度信號處理電路連接模數(shù)轉換器，數(shù)字 信號處理器通過16位數(shù)據(jù)總線分別與模數(shù)轉換器和數(shù)模轉換器相連，數(shù)模轉換器連接至 脈寬調制功率驅動電路，脈寬調制功率驅動電路與半導體制冷器相連；RS232串行接口 電路與數(shù)字信號處理器相連。 如上所述的光電二極管恒溫控制裝置，其特征在于還包括基準電壓源，其分 別與模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換器、溫度信號處理電路和脈寬調制功率驅動電路連接。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明能使光電二極管APD工作在恒定的溫度，從而保 證光電二極管工作在恒定的增益，因為半導體制冷器具有雙向可加熱可制冷功能，在環(huán) 境溫度變化很大的情況下，都可以精確的控溫。
圖1是本發(fā)明實施例裝置的電路原理框圖
圖2是圖1中溫度信號處理電路的電路原理圖
圖3是圖1中模數(shù)轉換器的電路原理圖 圖4.1-4.4是圖1中數(shù)字信號處理器芯片TMS320F2812的電路原理圖
圖5是圖1中脈寬調制功率驅動電路的電路原理圖
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。 圖l中標記的說明1-數(shù)字信號處理器，2-模數(shù)轉換器，3-數(shù)模轉換器，4-基 準電壓源，5-溫度信號處理電路，6-脈寬調制功率驅動電路，7-溫度傳感器，8-半導體 制冷器，9-RS232串行接口電路，10-光電二極管夾具。 如圖1所示，本發(fā)明實施例裝置包括光電二極管夾具和溫度控制卡兩部分，夾 具部分和溫度控制卡通過軟線連接。光電二極管夾具部分包括光電二極管夾具IO、溫度 傳感器7和半導體制冷器8;溫度控制卡部分包括數(shù)字信號處理器l、模數(shù)轉換器2、數(shù) 模轉換器3、基準電壓源4、溫度信號處理電路5、脈寬調制功率驅動電路6和RS232串 行接口電路9。 在APD光電二極管夾具10內部設置溫度傳感器7 ;在APD夾具10底部設置半 導體制冷器8 ;溫度傳感器7輸出溫度模擬信號NTC至溫度信號處理電路5，溫度信號 處理電路5輸出電壓信號AIN1至模數(shù)轉換器2，模數(shù)轉換器2與數(shù)字信號處理器1通過 16位數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)字信號處理器1與數(shù)模轉換器3通過16位數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)模轉 換器3輸出電壓信號VOUTA至脈寬調制功率驅動電路6，脈寬調制功率驅動電路6通過 TECA+、 TECA-與半導體制冷器8相連。 溫度信號處理電路5將溫度電阻值轉化為模擬電信號，16位A/D模數(shù)轉換器2 由AD公司AD7656芯片組成，采用16位數(shù)據(jù)總線，6路并行采樣，最高采樣率250K ; DSP數(shù)字信號處理器1選用TI公司的TMS320F2812PGFA芯片，主頻150M， 16位數(shù)據(jù)總 線；16位D/A數(shù)模轉換器3由LINEAR公司LTC2755芯片組成，采用16位數(shù)據(jù)總線， 四路并行輸出；PWM脈寬調制功率驅動電路6由TI公司的DRV591芯片組成，采用雙極性輸出5V/3A， 250K/500K開關速度；基準電壓源4電路為溫度信號處理電路5、模數(shù)轉 換器2、數(shù)模轉換器3、脈寬調制功率驅動電路6等提供基準電壓參考；RS232串行總線 接口電路9可與上位機通過串口通信。 圖2是溫度信號處理電路5原理圖，將溫度傳感器7(NTC熱敏電阻)通過10K 的精密電阻R6串接，連接至5V基準電壓，將溫度值轉化為0 5V的電壓信號。C39 是濾波電容，Ull是OPA2177在這里做電壓跟隨器，增大輸入阻抗，提高信號抗干擾能 力。 圖3是模數(shù)轉換電路2原理圖，采用AD7656芯片，單芯片內集成了 6個16位、 快速、低功耗、逐次逼近型ADC，采樣速率為250K， 2.5V參考電壓可由內部產生，也可 由外部提供，C72、 C73、 C76、 E21、 E22、 E23為REFCAPA、 REFCAPB、 EREFCAPC 到地的藕合電容電路，去干擾；U12為其提供外部2.5V參考電壓，VDD3.3、 +5V、 VCC、 +12V、 -12丫為其供電，SER/PARSEL管接地，選擇AD芯片工作在并行數(shù)據(jù)傳輸 模式。 圖4是DSP數(shù)字信號處理器電路1原理圖，采用TI公司的TMS320F2812PGFA 芯片，主頻150M， 32位數(shù)據(jù)處理器，16位數(shù)據(jù)總線，4MB程序/數(shù)據(jù)尋址空間，JTAG 調試接口。本發(fā)明中DSP數(shù)字信號處理器電路1主要是將模數(shù)轉換的數(shù)據(jù)通過插值查表 法轉換為溫度值，通過PID算法控制數(shù)模轉換輸出；與PC機通過RS232串行總線接口電 路9進行通信。 數(shù)模轉換器3采用LINEAR公司LTC2755芯片，雙向輸入/輸出并行接口，內部 寄存器可回讀，16位四通道DA輸出，輸出電壓范圍可編程在單極性和雙極性。本實用 新型中控制工作在0 5V輸出。5V參考電壓由外部U26、 U27芯片提供。
圖5是PWM脈寬調制功率驅動電路原理圖，采用TI公司的DRV591芯片，雙 極性輸出5V/3A， 250K/500K開關速度，R29、 C89為選擇PWM頻率和時鐘產生，這里 PWM為500K，時鐘為內部產生。U19提供2.5V的反向端IN-輸入電壓，6腳IN+為數(shù) 模轉換輸入端，24、 25、 26、 27和14、 15、 16、 17管腳為輸出接口， L4、 L5、 E27、 E28為LC濾波電路，便輸出電流更穩(wěn)定干凈。 本發(fā)明實施例控制方法是將光電二極管安裝在光電二極管夾具10中，用溫度傳 感器7熱敏電阻探測光電二極管溫度，通過模數(shù)轉換器2模塊將溫度電信號轉換為數(shù)字信 號，數(shù)字信號處理器l對溫度信號進行處理，運用比例積分微分(簡稱PID)增量算法，控 制數(shù)模轉換器3模塊輸出，控制脈寬調制功率驅動電路6，驅動半導體制冷器8對光電二 極管模塊進行控溫，半導體制冷器控溫是雙向的可加熱可制冷，且通過RS232串行接口 電路9可以設定調整控制溫度，并可實時讀取溫度，整個裝置是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，能 夠對光電二極管進行精確的控溫，以保證光電二極管工作在恒定的增益，從而達到光電 二極管能夠準確探測的目的。
權利要求
光電二極管恒溫控制方法，包括如下步驟溫度傳感器探測光電二極管溫度，通過模數(shù)轉換器將溫度電信號轉換為數(shù)字信號，數(shù)字信號處理器對溫度信號進行處理，其特征在于運用比例積分微分增量算法，控制數(shù)模轉換器輸出，控制脈寬調制功率驅動電路，驅動半導體制冷器對光電二極管模塊進行控溫，半導體制冷器控溫是雙向的能加熱制冷，且通過RS232串行接口電路設定調整控制溫度，并實時讀取溫度，整個裝置是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2. 光電二極管恒溫控制裝置，其特征在于包括光電二極管夾具和溫度控制卡兩 部分，夾具部分和溫度控制卡相連接；光電二極管夾具部分包括光電二極管夾具、溫度 傳感器和半導體制冷器；溫度控制卡部分包括數(shù)字信號處理器、模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換 器、溫度信號處理電路、脈寬調制功率驅動電路和RS232串行接口電路；在光電二極管夾具內部設置溫度傳感器；在光電二極管夾具底部設置半導體制冷 器；溫度傳感器連接至溫度信號處理電路，溫度信號處理電路連接模數(shù)轉換器，數(shù)字信 號處理器通過數(shù)據(jù)總線分別與模數(shù)轉換器和數(shù)模轉換器相連，數(shù)模轉換器連接至脈寬調 制功率驅動電路，脈寬調制功率驅動電路與半導體制冷器相連；RS232串行接口電路與數(shù)字信號處理器相連。
3. 根據(jù)權利要求2所述的光電二極管恒溫控制裝置，其特征在于還包括基準電壓 源，其分別與模數(shù)轉換器、數(shù)模轉換器、溫度信號處理電路和脈寬調制功率驅動電路連 接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電二極管恒溫控制方法及裝置，將光電二極管安裝在光電二極管夾具中，用溫度傳感器探測光電二極管溫度，通過模數(shù)轉換器將溫度電信號轉換為數(shù)字信號，數(shù)字信號處理器對溫度信號進行處理，運用比例積分微分增量算法，控制數(shù)模轉換器輸出，控制脈寬調制功率驅動電路，驅動半導體制冷器對光電二極管模塊進行控溫，半導體制冷器控溫是雙向的可加熱可制冷，且通過RS232串行接口電路可以設定調整控制溫度，并可實時讀取溫度，整個裝置是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠對光電二極管進行精確的控溫，以保證光電二極管工作在恒定的增益，適用于APD光電二極管探測器恒溫控制。
文檔編號H01L31/107GK101692465SQ20091027236
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者李水冰, 顧勇剛 申請人:國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司