本發(fā)明涉及通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種反饋信號的控制方法、系統(tǒng)及光模塊調(diào)制器。

背景技術(shù)：

在數(shù)字信號處理中，經(jīng)常會用到帶通濾波器過濾待檢測信號中的噪聲并保留有用的信號。帶通濾波器的一個重要指標為q值，即帶通濾波器的中心頻率與通帶寬度的比值，q值越大，表示帶通濾波器抑制噪聲的能力越強。帶通濾波器受到精度、時間以及溫度的影響，q值大約只在100左右，當使用現(xiàn)場可編程門陣列(fieldprogrammablegatearray，fpga)實現(xiàn)帶通濾波器時，由于fpga的資源有限，能夠達到的q值更小。當待檢測信號中的有用信號的幅值接近于零時，會被混入的噪聲淹沒，造成幅值和相位的檢測非常困難。例如，在光模塊調(diào)制器的調(diào)制過程中，通常使用fpga對調(diào)制器的一個反饋環(huán)路進行監(jiān)控，并保證反饋信號的幅值無限接近于零。由于反饋信號的幅值會隨著溫度的變化而變化，fpga需要實時從反饋信號中檢測出原始信號的幅值和相位，當原始信號的幅值接近于零時，會被混入的噪聲淹沒，造成難以檢測出原始信號的幅值和相位，從而無法實現(xiàn)根據(jù)原始信號的幅值和相位做出相應(yīng)的調(diào)整。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于fpga的反饋信號控制方法，本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于fpga的反饋信號控制系統(tǒng)，可以有效地壓縮帶寬，極大地提高q值，確保當原始信號的幅值接近于零時，仍然能夠從噪聲中識別出微弱的原始信號。本發(fā)明還提供一種采用基于fpga的反饋信號控制系統(tǒng)的光模塊調(diào)制器。

本發(fā)明提供一種基于fpga的反饋信號控制方法，反饋信號包括原始信號和噪聲，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

fpga接收反饋信號，并產(chǎn)生一參考正弦信號和一參考余弦信號，其中，所述參考正弦信號與反饋信號的頻率相同且相位不同，對所述參考正弦信號進行移相90度獲得所述參考余弦信號；

將所述參考正弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第一直流分量，將所述參考余弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第二直流分量；

將所述第一直流分量和第二直流分量依據(jù)cordic算法計算獲得原始信號的幅值和相位；

使用原始信號的幅值和相位輸出控制電壓信號將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述原始信號為vs、ω和分別為原始信號的幅值、頻率和相位，t為時間，vb為原始信號的基準電壓，vb≠0。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述低通濾波處理的截止頻率依據(jù)原始信號的頻率確定。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，計算獲得的原始信號的幅值和相位為：

其中，所述參考正弦信號為vr和分別為所述參考正弦信號的幅值和相位，所述參考余弦信號為f1和f2分別為所述第一直流分量和第二直流分量，

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)從當前接收的反饋信號中計算獲得的原始信號與從上次反饋信號中計算獲得的原始信號的比較結(jié)果，輸出數(shù)字直流電壓信號，數(shù)字直流電壓信號用于將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零，數(shù)字直流電壓信號經(jīng)過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換后作為控制電壓信號。

本發(fā)明還提供一種基于fpga的反饋信號控制系統(tǒng)，反饋信號包括原始信號和噪聲，所述控制系統(tǒng)包括：

接收模塊，其用于接收反饋信號；

參考信號模塊，其用于產(chǎn)生一參考正弦信號和一參考余弦信號，其中，所述參考正弦信號與反饋信號的頻率相同且相位不同，對所述參考正弦信號進行移相90度獲得所述參考余弦信號；

鎖相放大器，其用于將所述參考正弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第一直流分量，將所述參考余弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第二直流分量；

運算模塊，其用于將所述第一直流分量和第二直流分量依據(jù)cordic算法計算獲得原始信號的幅值和相位；

控制模塊，其用于使用原始信號的幅值和相位輸出控制電壓信號將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述鎖相放大器包括相連接的第一乘法器和第一低通濾波器，以及相連接的第二乘法器和第二低通濾波器，所述第一乘法器對分別接收的反饋信號和所述參考正弦信號進行乘積運算，所述第一低通濾波器對所述第一乘法器的輸出信號進行低通濾波處理，所述第二乘法器對分別接收的反饋信號和所述參考余弦信號進行乘積運算，所述第二低通濾波器對所述第二乘法器的輸出信號進行低通濾波處理。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一低通濾波器和第二低通濾波器均為無限脈沖響應(yīng)iir低通濾波器，所述第一低通濾波器和第二低通濾波器的截止頻率均依據(jù)原始信號的頻率確定。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，控制模塊根據(jù)從當前接收的反饋信號中計算獲得的原始信號與從上次反饋信號中計算獲得的原始信號的比較結(jié)果，輸出數(shù)字直流電壓信號，數(shù)字直流電壓信號用于將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零，數(shù)字直流電壓信號經(jīng)過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換后作為控制電壓信號。

本發(fā)明還提供一種光模塊調(diào)制器，所述光模塊調(diào)制器采用上述的基于fpga的反饋信號控制系統(tǒng)對光模塊調(diào)制器的反饋環(huán)路進行監(jiān)控，使得反饋信號的幅值接近于零。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：

(1)由于參考正弦信號和參考余弦信號與反饋信號中的原始信號相關(guān)而與噪聲不相關(guān)，因此可以有效地壓縮帶寬，極大地提高q值，確保當原始信號的幅值接近于零時，仍然能夠從噪聲中識別出微弱的原始信號。

(2)通過鎖相放大器和運算模塊可以直接獲得原始信號的幅值和相位，省去了經(jīng)過帶通濾波器去噪聲之后還要進一步檢測幅值和相位，提高反饋信號的檢測效率。另外，iir低通濾波器占用面積小，節(jié)省fpga資源，降低成本。

(3)根據(jù)原始信號的幅值和相位，輸出數(shù)字交流電壓信號，由于數(shù)字交流電壓信號集成在fpga中，數(shù)字交流電壓信號使得反饋信號的幅值接近于零，電路簡單，控制方便。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例反饋信號的控制方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例反饋信號的控制系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

與帶通濾波器相比，鎖相放大器(lock-inamplify)的q值可以達到10⁷左右，可以從帶有噪聲的微弱信號中幾乎準確地還原待檢測信號。

參見圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種基于fpga的反饋信號控制方法，反饋信號包括原始信號和噪聲，反饋信號控制方法包括以下步驟：

s1.fpga接收反饋信號，并產(chǎn)生一參考正弦信號和一參考余弦信號，其中，參考正弦信號與反饋信號的頻率相同且相位不同，對參考正弦信號進行移相90度獲得參考余弦信號。為了方便后續(xù)步驟的計算，參考正弦信號的峰峰值可以設(shè)為2。

s2.將參考正弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第一直流分量，將參考余弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第二直流分量。

當原始信號為時，其中，vs、ω和分別為原始信號的幅值、頻率和相位，t為時間。

參考正弦信號為vr和分別為參考正弦信號的幅值和相位，將參考正弦信號與反饋信號進行乘積運算：

其中，為第一直流分量，即為第一交流分量。經(jīng)過低通濾波處理后，第一交流分量被濾除，剩下第一直流分量。

可以看出，第一直流分量是原始信號幅值和相差共同作用的結(jié)果，為了能夠分別得到幅值和相差兩個量。還需要引入?yún)⒖加嘞倚盘?imgfile="bda0001279987450000067.gif"wi="542"he="71"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>將參考余弦信號與反饋信號進行乘積運算：

其中，為第二直流分量，即為第二交流分量。經(jīng)過低通濾波處理后，第二交流分量被濾除，剩下第二直流分量。

由上述可見，低通濾波處理的截止頻率根據(jù)第一交流分量和第二交流分量的頻率確定，當原始信號為時，第一交流分量和第二交流分量的頻率為原始信號的頻率的兩倍。

在上述的推導(dǎo)過程中，原始信號的基準電壓vb是0，在實際應(yīng)用中，反饋信號的幅值會隨著溫度的變化而變化，即原始信號實際為vs、ω和分別為原始信號的幅值、頻率和相位，t為時間，vb為原始信號的基準電壓，該直流基準電壓不為零，即vb≠0。

將參考正弦信號與反饋信號進行乘積運算：

將參考余弦信號與反饋信號進行乘積運算：

由上述可見，當原始信號為時，vb≠0，第一交流分量和第二交流分量的最低頻率為原始信號的頻率，低通濾波處理的截止頻率根據(jù)第一交流分量和第二交流分量的頻率確定，因此，低通濾波處理的截止頻率需要更低一些。

由于參考正弦信號和參考余弦信號與反饋信號中的原始信號相關(guān)而與噪聲不相關(guān)，因此可以有效地壓縮帶寬，極大地提高q值，確保當原始信號的幅值接近于零時，仍然能夠從噪聲中識別出微弱的原始信號。

s3.將第一直流分量和第二直流分量依據(jù)cordic算法計算獲得原始信號的幅值和相位。

計算獲得的原始信號的幅值和相位為：

其中，atan2為求反正切函數(shù)，即對求反正切。

通過步驟s2和s3可以直接獲得原始信號的幅值和相位，省去了經(jīng)過帶通濾波器去噪聲之后還要進一步檢測幅值和相位，提高反饋信號的檢測效率。

s4.使用原始信號的幅值和相位輸出控制電壓信號將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零。

具體的，根據(jù)從當前接收的反饋信號中計算獲得的原始信號與從上次反饋信號中計算獲得的原始信號的比較結(jié)果，輸出數(shù)字直流電壓信號，數(shù)字直流電壓信號用于將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零，數(shù)字直流電壓信號經(jīng)過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換后作為控制電壓信號。使用原始信號的幅值和相位輸出數(shù)字直流電壓信號的電路可以集成在fpga中，電路簡單，控制方便。

在實際應(yīng)用中，當fpga啟動時，首先輸出從預(yù)設(shè)范圍內(nèi)選定的初始數(shù)字直流電壓信號后，接收反饋信號，并從反饋信號中計算獲得原始信號的幅值和相位，將該次反饋信號作為上次反饋信號，并存儲從上次反饋信號中計算獲得的原始信號的幅值和相位。將接收到的新的反饋信號作為當前反饋信號，從當前反饋信號中計算獲得原始信號的幅值和相位。由于反饋信號的幅值會隨著溫度的變化而變化，從當前反饋信號中計算獲得的原始信號的幅值不為零且相對于從上次反饋信號中計算獲得的原始信號的幅值變化時，相應(yīng)調(diào)整輸出的數(shù)字直流電壓信號，直到當前反饋信號的幅值調(diào)整接近于零。例如，從當前反饋信號中計算獲得的原始信號的幅值大于從上次反饋信號中計算獲得的原始信號的幅值時，輸出的數(shù)字直流電壓信號小于上次反饋信號所對應(yīng)的數(shù)字直流電壓信號，以調(diào)整反饋信號的幅值接近于零。

由上述分析可知，當輸出用于調(diào)整反饋信號的幅值無限接近于零的控制電壓信號時，原始信號的基準電壓vb，實際上由于控制電壓信號以及溫度等因素變化而產(chǎn)生。

參見圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種基于fpga的反饋信號控制系統(tǒng)，反饋信號包括原始信號和噪聲，本控制系統(tǒng)包括接收模塊、參考信號模塊、鎖相放大器、運算模塊和控制模塊。

接收模塊用于接收反饋信號。

參考信號模塊用于產(chǎn)生一參考正弦信號和一參考余弦信號，其中，參考正弦信號與反饋信號的頻率相同且相位不同，對參考正弦信號進行移相90度獲得參考余弦信號。具體的，參考信號模塊可以包括信號發(fā)生單元和移相器，信號發(fā)生單元產(chǎn)生與反饋信號的頻率相同且相位不同的參考正弦信號，移相器對參考正弦信號進行移相90度獲得參考余弦信號。

鎖相放大器用于將參考正弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第一直流分量，將參考余弦信號與反饋信號依次進行乘積運算和低通濾波處理后得到第二直流分量。

鎖相放大器包括相連接的第一乘法器和第一低通濾波器，以及相連接的第二乘法器和第二低通濾波器，第一乘法器對分別接收的反饋信號和參考正弦信號進行乘積運算，第一低通濾波器對第一乘法器的輸出信號進行低通濾波處理，第二乘法器對分別接收的反饋信號和參考余弦信號進行乘積運算，第二低通濾波器對第二乘法器的輸出信號進行低通濾波處理。

第一低通濾波器和第二低通濾波器均為無限脈沖響應(yīng)iir低通濾波器，第一低通濾波器和第二低通濾波器的截止頻率均依據(jù)原始信號的頻率確定。iir低通濾波器占用面積小，節(jié)省fpga資源，降低成本。

運算模塊用于將第一直流分量和第二直流分量依據(jù)cordic算法計算獲得原始信號的幅值和相位。

通過鎖相放大器和運算模塊可以直接獲得原始信號的幅值和相位，省去了經(jīng)過帶通濾波器去噪聲之后還要進一步檢測幅值和相位，提高反饋信號的檢測效率。

控制模塊用于使用原始信號的幅值和相位輸出控制電壓信號將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零。

具體的，控制模塊根據(jù)從當前接收的反饋信號中計算獲得的原始信號與從上次反饋信號中計算獲得的原始信號的比較結(jié)果，輸出數(shù)字直流電壓信號，數(shù)字直流電壓信號用于將反饋信號的幅值調(diào)整接近于零，數(shù)字直流電壓信號經(jīng)過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換后作為控制電壓信號。使用原始信號的幅值和相位輸出數(shù)字直流電壓信號的電路可以集成在fpga中，電路簡單，控制方便。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換可以采用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換dac芯片實現(xiàn)。本發(fā)明實施例提供一種光模塊調(diào)制器，光模塊調(diào)制器采用上述的基于fpga的反饋信號的控制系統(tǒng)對光模塊調(diào)制器的反饋環(huán)路進行監(jiān)控，使得反饋信號的幅值接近于零。

本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。