基于FPGA的光电数据采集和处理采集系统设计(10)

基于FPGA的光电数据采集和处理采集系统设计

图2-5 Ge薄膜的厚度不同反射率的差异

根据上面两个图可以从两个方面来理解光纤温度传感大体上是线性的但是在小的地方，大体的找出温度的变化，然后再根据薄膜厚度的通具体的找出温度的变化和反射率的关系，通过定标实验彻底的找出给出一个对应的关系，这样就能够得到一个比较准确的温度[2]。

在光电接收模块可以选择不同的器件，首先来说说光电器件接收的原理： 光电接收的器件是根据光电效应来获得的，首先我们先来了解一下光电效应，光电效应可以分为内光电效应和外光电效应，内光电效应可以分为光电导效应和光生伏特效应。

内光电效应：被光激发所产生的载流子（自由电子或空穴）仍在物质内部运动，使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。

外光电效应：被光激发产生的电子溢出物质表面，形成真空中的电子的现象。 光电导效应：某些物质吸收光子的能量产生本征吸收或杂质吸收从而改变物质电导率额现象。

光生伏特效应：当入射辐射作用在半导体PN结上产生本征吸收时，价带中的光生空穴与导带中的光生电子在PN结内建电场的作用下分开，形成光生伏特电压或光生电流。

根据内光点效应我们可以得到光电导器件和光生伏特器件。

在光电导器件中常见的是光敏电阻，在光生伏特器件中比较常见的是硅光电二极管，PIN型光电二极管和APD雪崩二极管。

光敏电阻的优缺点：1)优点：其光谱响应范围相当宽；工作电流大；所测刚强范围宽，既可测光强，也可测弱光；灵敏度高，光电导增益大于1；偏置电压低，无极性之分，使用方便。2）缺点：在强光照射下光电转换线性交差；光电弛豫过程较长；频率响应很低。

硅光电二极管的优缺点：响应频率低，容易受温度的影响，精度低。

基于FPGA的光电数据采集和处理采集系统设计

PIN型光电二极管：响应频率高，可高达10GHZ，响应速度快，供电电压低，工作十分稳定。

APD雪崩二极管：灵敏度高，响应快，但雪崩二极管需要上百伏的工作电压，而且性能和入射光功率有关，当入射光功率大时，增益引起的噪声大，带来电流失真[3]。

通过以上的对比我们选择了PIN型光电二极管，由于其响应频率很高，速度快又比较容易实现。所以其对应的电路图是：

图2-6 PIN光电二极管的电路图及其放大电路

至此讲解了传感器的三个模块：DAC8571，LD，Ge薄膜，PIN光电二极管，以及一些用于电路信号放大的电路图。通过这三个模块就能够得到我们想要的信号外界一些参量的电信号。然而FPGA不能够识别模拟信号所以需要把电信号转化成数字信号。因此需要一个模数转换器。

2.2 模数模块

模数转换器有许多种，一种经济节约型，例如ADC0809，另一种是高精度型，例如ADS1115。下面就这两种类型的模数转换器做一下对比。

2.1.1 ADC0809

这是大家在大学期间第一个学到的ADC器件，所以就首先来谈论一下他的特点。ADC0809是8位的逼近式A/D转换器，其内部有一个8通道的多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片[4]。他的一些主要特性如下：

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。