光频传递系统部分数字化电路研制

发布时间：2017-04-29 04:02

  本文关键词：光频传递系统部分数字化电路研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前中科院国家授时中心开展着基于光纤的光学频率传递研究,在长度为112km的实地光纤上,实现了秒级传递稳定度1×1,万秒稳定度4×1,处于国内较好水平。现阶段一项重要工作是开展光频传递系统工程化工作,以满足未来超远距离实地光纤的测试与应用需要。根据相关实验的需要与系统工程化开发的要求,本文主要围绕光频传递主要功能模块的数字化电路展开,具体包括:1多功能数字测频电路研制,2温湿度/电压采集电路研制,和3多通道信号源系统研制。本文从级联中继激光得偏频锁定需求出发,设计并实现了一种基于FPGA的多功能测频电路。该测频电路采用了一种抗噪性较好的数字正弦转方波电路,具有测频、频率—电压转换、整数分频等功能。对此多功能测频电路的频率测量功能、频率—电压转换功能以及分频功能分别进行测试,其中在8-20MHz范围内测频误差平均0.000156%、频压转换线性度0.3%。此测频电路目前已成功应用于偏频锁定激光实验之中,能够将两台激光器的相对频差从45MHz/hr稳定在20k Hz/hr以内,基本实现了抑制激光器慢漂的作用。监测实验系统的温湿度,有助于研究环境因素对光学系统的影响。针对相关研究对温湿度监测的需要,本文基于数字温湿传感芯片SHT75与主控芯片ARM-STM32设计出了一种通用温湿度/电压采集电路,其温度测量精度为0.01℃,湿度测量精度为0.05%,电压采集分辨率为0.8m V,可在1s内进行多通道采集任务。目前已应用于实验室温湿度监测与光纤传递系统的自动锁定。目前实验中采用的信号发生器为商用品,其价格昂贵、体积较大,不易集成。本文根据窄线宽光源系统对信号源需求,采用直接数字频率合成芯片AD9959与主控芯片FPGA实现四通道信号源系统,其输出频率范围为1-200MHz,各个通道参数独立可调,相位噪声在1Hz处小于-75d Bc/Hz。目前已应用于窄线宽光源系统,取代了商用信号发生器与传统相移器,并提高了误差信号的幅值。本文工作为光频传递的下一步实验提供了便利的条件,为系统工程化研制奠定了基础。
【关键词】：光频传递 FPGA ARM 温湿度监测 信号源
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(国家授时中心)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB939
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 数字电子及相关技术研究现状12-14
• 1.3 FPGA与ARM简介14-16
• 1.3.1 FPGA14-15
• 1.3.2 ARM15-16
• 1.4 本文主要研究内容及结构安排16-18
• 第二章 多功能测频电路研制18-34
• 2.1 应用原理与实验要求18-19
• 2.2 频率计总体设计19-21
• 2.3 FPGA内部模块的方案实现21-28
• 2.3.1 数字转方波模块21-22
• 2.3.2 测频模块22-24
• 2.3.3 频压转换模块24-25
• 2.3.4 任意分频模块的实现25
• 2.3.5 人机交互功能的实现25-28
• 2.4 测试结果及实验应用28-33
• 2.4.1 测试结果28-31
• 2.4.2 实验应用31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 温湿度/电压采集电路研制34-48
• 3.1 应用需求34-35
• 3.2 温湿度采集系统的硬件设计方案35-37
• 3.2.1 SHT75数字式温湿度传感器35-36
• 3.2.2 STM32f103zet6控制器36-37
• 3.3 软件设计37-43
• 3.3.1 单通道温湿度采集软件设计37-40
• 3.3.2 多通道温湿度测量与电压采集40-41
• 3.3.3 上位机软件设计41-43
• 3.4 指标说明43-44
• 3.5 实验应用44-47
• 3.5.1 实验室的温湿度监测44-46
• 3.5.2 光纤传递中的自动相位锁定46-47
• 3.6 小结47-48
• 第四章 四通道信号源系统研制48-64
• 4.1 直接数字频率合成技术原理48-49
• 4.2 DDS芯片与主控芯选型49-51
• 4.2.1 DDS芯片-AD995949-51
• 4.2.2 主控芯片51
• 4.3 系统整体设计方案51-54
• 4.4 模块内部的实现54-59
• 4.4.1 SPI通信部分55-57
• 4.4.2 控制处理部分57-58
• 4.4.3 上位机通信部分58-59
• 4.5 测试结果59-61
• 4.6 实验应用61-63
• 4.7 小结63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 本论文工作总结64-65
• 5.2 未来工作展望65-66
• 参考文献66-70
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果70

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本文编号：334120