基于pll和dds的同步掃描電路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，包括觸發(fā)激光、透鏡，觸發(fā)激光被透鏡分成兩路，其中一路觸發(fā)激光的光路上設(shè)置同步掃描條紋相機(jī)；另一路觸發(fā)激光的光路上設(shè)置光電轉(zhuǎn)換器以及同步掃描電路，觸發(fā)信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，進(jìn)入同步掃描電路的觸發(fā)輸入端。本發(fā)明基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，主要解決了模擬振蕩電路復(fù)雜、集成度低、同步跟蹤范圍窄的問題。
【專利說明】基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速攝影【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種同步掃描條紋相機(jī)掃描電路系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]同步掃描電路系統(tǒng)是同步掃描條紋相機(jī)的重要組成部分，其功能構(gòu)成及指標(biāo)性能直接關(guān)系到同步掃描條紋相機(jī)整機(jī)的性能。同步掃描電路系統(tǒng)主要是為掃描偏轉(zhuǎn)板提供同步且相位可調(diào)的正弦偏轉(zhuǎn)電壓，一般由同步正弦信號產(chǎn)生，相位調(diào)整、射頻信號放大、阻抗匹配等功能模塊組成，其中同步正弦信號產(chǎn)生是同步掃描電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前國際上普遍采用的同步正弦信號產(chǎn)生方法是基于雪崩光電二極管及隧道二極管的振蕩電路法，這種模擬電路設(shè)計(jì)法電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy、同步跟蹤范圍窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，主要解決了模擬振蕩電路復(fù)雜、集成度低、同步跟蹤范圍窄的問題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，其特征在于:包括觸發(fā)激光1、透鏡2，觸發(fā)激光I被透鏡2分成兩路，其中一路觸發(fā)激光的光路上設(shè)置同步掃描條紋相機(jī)4 ;另一路觸發(fā)激光的光路上設(shè)置光電轉(zhuǎn)換器5以及同步掃描電路9，觸發(fā)信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器5,被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號,進(jìn)入同步掃描電路9的觸發(fā)輸入端。
[0005]上述同步掃描電路9包括依次連接的同步正弦信號產(chǎn)生電路6、射頻信號放大電路7及阻抗匹配電路8 ;阻抗匹配電路8與同步掃描條紋相機(jī)4連接。
[0006]同步正弦信號產(chǎn)生電路6包括鎖相環(huán)61和直接數(shù)字頻率合成器62，同步觸發(fā)電脈沖信號被分成兩路，一路進(jìn)入鎖相環(huán)61參考輸入,鎖相環(huán)61對輸入信號鎖定、倍頻，輸出的倍頻信號作為直接數(shù)字頻率合成器62的時(shí)鐘信號，調(diào)節(jié)直接數(shù)字頻率合成器62的頻率控制字，使其輸出與觸發(fā)信號同頻率的正弦信號；另一路觸發(fā)電脈沖信號輸入頻率檢測模塊63，檢測觸發(fā)信號的頻率，依據(jù)檢測到的觸發(fā)信號頻率值實(shí)現(xiàn)同步正弦信號產(chǎn)生電路6自動(dòng)跟蹤及鎖定。
[0007]同步正弦信號產(chǎn)生電路6還包括控制模塊64，控制模塊64根據(jù)檢測出的觸發(fā)信號頻率對鎖相環(huán)64和直接數(shù)字頻率合成器62進(jìn)行參數(shù)配置。
[0008]上述頻率檢測模塊63是時(shí)鐘恢復(fù)芯片。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:PLL和DDS作為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)具有高性能、可靠性高等特點(diǎn)，其中PLL可實(shí)現(xiàn)對輸入?yún)⒖夹盘柕母櫦版i定，且鎖定帶寬可通過選擇合適的壓控振蕩器而很寬；DDS通過合適的參數(shù)配置不僅可實(shí)現(xiàn)高精度的正弦信號輸出，還具有輸出信號相位調(diào)整功能。結(jié)合PLL和DDS各自的功能及特點(diǎn)作為同步掃描電路正弦信號產(chǎn)生及相位調(diào)節(jié)的方案，不僅極大的提高了同步掃描電路的集成度，降低了設(shè)計(jì)難度，還實(shí)現(xiàn)了同步掃描電路的觸發(fā)信號自動(dòng)跟蹤及鎖定功能。
[0010]為了進(jìn)一步提高同步掃描帶寬，實(shí)現(xiàn)同步掃描電路的自動(dòng)跟蹤與鎖定，本發(fā)明提供一種采用現(xiàn)代數(shù)字頻率合成法，即使用鎖相環(huán)(PLL)和直接數(shù)字頻率合成器(DDS)實(shí)現(xiàn)同步正弦信號產(chǎn)生及相位調(diào)節(jié)的方案。該方法的優(yōu)點(diǎn)是極大的提高了同步掃描電路系統(tǒng)的集成度，降低其設(shè)計(jì)難度，且實(shí)現(xiàn)了同步掃描電路更寬的跟蹤范圍以及對觸發(fā)信號的自動(dòng)跟蹤與鎖定功能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明同步掃描條紋相機(jī)原理框圖；
[0012]圖2是本發(fā)明同步正弦信號產(chǎn)生原理框圖；
[0013]圖3是本發(fā)明同步正弦信號產(chǎn)生控制及信號流程圖；
[0014]圖4是本發(fā)明PLL輸入信號示意圖；
[0015]圖5是本發(fā)明PLL輸出(DDS輸入)信號示意圖；
[0016]圖6是本發(fā)明DDS輸出信號不意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明提供了 一種基于PLL和DDS的同步掃描條紋相機(jī)掃描電路，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:1)觸發(fā)光脈沖信號經(jīng)過高速光電轉(zhuǎn)換器件完成光電轉(zhuǎn)換，得到與觸發(fā)光脈沖同頻率的參考電信號。觸發(fā)光脈沖光電轉(zhuǎn)換采用低噪聲光電轉(zhuǎn)換器件，該光電轉(zhuǎn)換器件應(yīng)能對觸發(fā)光脈沖做出有效響應(yīng)，響應(yīng)帶寬應(yīng)大于最高觸發(fā)光脈沖最高頻率。
[0018]2)參考電信號分成兩路，一路作為頻率檢測模塊63的輸入，檢測觸發(fā)信號的頻率，依據(jù)檢測到的觸發(fā)信號頻率值可實(shí)現(xiàn)同步正弦信號產(chǎn)生電路6自動(dòng)跟蹤及鎖定功能；另一路作為同步正弦信號產(chǎn)生電路6的輸入，同步正弦信號產(chǎn)生電路6經(jīng)過一定的參數(shù)配置，輸出與觸發(fā)光脈沖同頻率的正弦小信號。
[0019]頻率檢測模塊63由專門的頻率檢測芯片完成，如ADI公司的ADN2806，該檢測芯片對輸入信號與其時(shí)鐘信號進(jìn)行比較，輸出待測信號的頻率參數(shù)；同步正弦信號產(chǎn)生電路6由PLL和DDS組成，PLL的輸入信號頻率范圍與觸發(fā)信號頻率相適應(yīng)，經(jīng)過時(shí)鐘倍頻輸出滿足DDS的時(shí)鐘輸入信號，DDS再經(jīng)過時(shí)鐘分頻輸出與觸發(fā)信號同頻率的正弦小信號。
[0020]3)正弦小信號經(jīng)過進(jìn)一步射頻功率放大，最后通過射頻耦合網(wǎng)絡(luò)將該同步掃描電壓耦合到條紋管的偏轉(zhuǎn)板上。射頻功率放大模塊采用高性能的射頻功率放大器，射頻耦合網(wǎng)絡(luò)用以實(shí)現(xiàn)射頻功放輸出到偏轉(zhuǎn)板的阻抗匹配。
[0021]同步掃描條紋相機(jī)常用于超快微弱信號的探測，具體工作原理參見圖1，觸發(fā)激光I被透鏡2分成兩路，一路用于激發(fā)待測發(fā)光物體3，另一路用于同步掃描電路觸發(fā)信號，該觸發(fā)信號首先經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器5，被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，然后進(jìn)入同步掃描電路9的觸發(fā)輸入端。待測發(fā)光物體3在激光脈沖I激發(fā)下發(fā)出微弱光信號，光信號進(jìn)入同步掃描條紋相機(jī)4被記錄下來。同步掃描條紋相機(jī)的弱光探測能力主要是通過對周期性光信號多次掃描累加實(shí)現(xiàn)的，光信號的周期與激發(fā)光脈沖相同，多次掃描是通過偏轉(zhuǎn)板上的周期性偏轉(zhuǎn)電壓實(shí)現(xiàn)的，而同步掃描電路9的功能便是產(chǎn)生與觸發(fā)光脈沖同頻的偏轉(zhuǎn)電壓。同步掃描電路9包括同步正弦信號產(chǎn)生6、射頻信號放大7及阻抗匹配8。
[0022]同步正弦信號產(chǎn)生原理參見圖2，同步觸發(fā)電脈沖信號被分成兩路，一路進(jìn)入鎖相環(huán)61參考輸入，鎖相環(huán)61對輸入信號鎖定、倍頻，輸出的倍頻信號作為直接數(shù)字頻率合成器62的時(shí)鐘信號，調(diào)節(jié)直接數(shù)字頻率合成器62的頻率控制字，使其輸出與觸發(fā)信號同頻率的正弦信號；另一路觸發(fā)電脈沖信號輸入頻率檢測模塊63，檢測出觸發(fā)信號的頻率。控制模塊64根據(jù)檢測出的觸發(fā)信號頻率對鎖相環(huán)61和直接數(shù)字頻率合成器62進(jìn)行參數(shù)配置，從而實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)61和直接數(shù)字頻率合成器62的自動(dòng)配置，即實(shí)現(xiàn)了同步掃描電路對觸發(fā)信號的自動(dòng)鎖定功能。
[0023]同步正弦信號產(chǎn)生控制及信號流程參見圖3，觸發(fā)信號f I輸入給鎖相環(huán)61作為其時(shí)鐘參考信號，設(shè)定鎖相環(huán)61的倍頻器，輸入?yún)⒖夹盘柋籒倍頻，輸出的N倍頻信號f2作為直接數(shù)字頻率合成器62的時(shí)鐘參考信號，配置直接數(shù)字頻率合成器62的頻率控制寄存器，直接數(shù)字頻率合成器62對參考時(shí)鐘信號N分頻。從整個(gè)信號流程可知，參考信號Π與直接數(shù)字頻率合成器62輸出的正弦信號f3頻率相同，從而實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)脈沖信號的同頻正弦信號轉(zhuǎn)變。同步掃描電路的相位調(diào)節(jié)是通過配置直接數(shù)字頻率合成器62的相位偏移控制寄存器實(shí)現(xiàn)的，可實(shí)現(xiàn)輸出信號相位的360°調(diào)節(jié)。圖4為鎖相環(huán)61輸入觸發(fā)脈沖信號示意圖，圖5為鎖相環(huán)61輸出N倍頻信號示意圖，圖6為直接數(shù)字頻率合成器62輸出與觸發(fā)脈沖同頻正弦信號示意圖。
[0024]本發(fā)明中的同步正弦信號產(chǎn)生部分，鎖相環(huán)61和直接數(shù)字頻率合成器62必須滿足一定的條件，一方面，鎖相環(huán)61輸入及直接數(shù)字頻率合成器62輸出的信號頻率應(yīng)覆蓋同步掃描所需頻率；另一方面鎖相環(huán)61的信號輸出頻率應(yīng)滿足直接數(shù)字頻率合成器62的信號輸入頻率要求。
【權(quán)利要求】
1.基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，其特征在于:包括觸發(fā)激光(I)、透鏡(2)，觸發(fā)激光(I)被透鏡(2)分成兩路，其中一路觸發(fā)激光的光路上設(shè)置同步掃描條紋相機(jī)(4)；另一路觸發(fā)激光的光路上設(shè)置光電轉(zhuǎn)換器(5)以及同步掃描電路(9)，觸發(fā)信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器(5)，被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，進(jìn)入同步掃描電路(9)的觸發(fā)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，其特征在于:所述同步掃描電路(9)包括依次連接的同步正弦信號產(chǎn)生電路(6)、射頻信號放大電路(7)及阻抗匹配電路(8);阻抗匹配電路(8)與同步掃描條紋相機(jī)(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，其特征在于:同步正弦信號產(chǎn)生電路(6)包括鎖相環(huán)(61)和直接數(shù)字頻率合成器(62)，同步觸發(fā)電脈沖信號被分成兩路，一路進(jìn)入鎖相環(huán)(61)參考輸入，鎖相環(huán)(61)對輸入信號鎖定、倍頻，輸出的倍頻信號作為直接數(shù)字頻率合成器(62)的時(shí)鐘信號，調(diào)節(jié)直接數(shù)字頻率合成器(62)的頻率控制字，使其輸出與觸發(fā)信號同頻率的正弦信號；另一路觸發(fā)電脈沖信號輸入頻率檢測模塊(63)，檢測觸發(fā)信號的頻率，依據(jù)檢測到的觸發(fā)信號頻率值實(shí)現(xiàn)同步正弦信號產(chǎn)生電路6自動(dòng)跟蹤及鎖定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，其特征在于:同步正弦信號產(chǎn)生電路(6)還包括控制模塊(64)，控制模塊(64)根據(jù)檢測出的觸發(fā)信號頻率對鎖相環(huán)(64 )和直接數(shù)字頻率合成器(62 )進(jìn)行參數(shù)配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PLL和DDS的同步掃描電路系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率檢測模塊(63)是時(shí)鐘恢復(fù)芯片。
【文檔編號】H03L7/099GK103780255SQ201310751144
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】白永林, 朱炳利, 劉百玉, 王博, 白曉紅, 秦君軍, 緱永勝, 楊文正, 徐鵬 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所