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半导体脉冲种子源驱动电路设计

本课题的脉冲半导体种子源驱动电路的核心部件由主控CPU、大电流窄脉冲驱动以及一些外围电路组成,其具体原理框图见图  。主控CPU采用FPGA ,其逻辑功能主要包括幅度控制模块 、脉冲发生控制模块和半导体激光器保护模块 。大电流窄脉冲驱动采用MOS管作为开关器件,本文通过模型分析和电路仿真,设计相应的驱动电路,实现了更窄脉冲的大功率驱动 。  ATC模块采用ADN8830芯片实现半导体激光器内部温度的采集和半导体制冷片的控制,使半导体激光器工作在稳定的状态下,同时也起到保护半导体激光器的作用 。系统采用单电源供电,便于模块化,。DC-DC升压电路把系统电源15V升压到数十伏,然后给半导体激光电源供电,以提高半导体激光电源的峰值电流。
 脉冲半导体激光器种子源驱动电路原理框图
FPGA脉冲发生模块
本驱动电路采用FPGA作为开关脉冲发生器件 。与其他脉冲产生电路相比,用FPGA生成开关脉冲具有上升沿和下降沿快,脉冲参数精度高且参数编程可调的优点 。本设计的FPGA采用了Altera公司的Cyclone系列的EP2C5T144N,运用Verilog语言进行开发 。为了得到更窄的脉冲宽度,设计当中将50MHz的FPGA时钟输入,通过锁相环模块将时钟提升到200MHz,作为脉冲计数模块的系统时钟,可以通过外部的键盘和编码开关来调整脉冲脉宽和频率控制字来实现脉宽及重复频率连续可调 。其逻辑框图见图  
 FPGA脉冲发生逻辑框图
高速开关模块
快速闭合开关是目前制约调制型半导体脉冲激光驱动技术发展的瓶颈之一 。半导体脉冲种子源要获得一个人能量 、窄脉冲 、参数可连续可调的光脉冲,就要求脉冲驱动电路必须兼顾高重复频率、 快变边沿 、窄脉宽、 高幅值脉冲电流以及参数连续一可调等技术指标 。而完成这个要求的关键就在于要设计一个合理的高速开关电路。本节首先对现有的几种高速窄脉冲驱动方法进行比较论证,最终选定MOSFET作为开关模块的开关元件,然后深入分析MOSFET的工作原理和开关特性,并通过对MOSFET驱动的模型分析进而实现以MOSFET为核心的高速开关模块。
 
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