基于FPGA的光纤光栅解调系统的研究
耦合器是一种用于传送和分配光信号的无源器件。通常，光信号由耦合器的一个端口输入，而从另一个或几个端口输出，因此，耦合器可以用来减少系统中的光纤用量以及光源和光纤活动接头的用量，也可用于节点互连与信号混合。它可在相同波长上，将来自几束光纤的光耦合到其他几柬光纤中，也可将光从一束光纤分离到几束光纤中。耦合器是通过将2根或多根光纤熔接并拉伸，产生一个耦合区而产生的。理想的光纤耦合器，信道插入损耗为0 dB，隔离度为1。一般实际值与理想情况接近。分光比为50％：50％的2x2光纤耦合器被称为3dB耦合器。
2．2 A／D转换器和FPGA器件选型
采集电路是实现模拟信号数字化的电路，其模数(A／D)转换器是采集电路的核心。系统对2路电压信号同时采集。考虑到系统的速度、精度和分辨率等要求，这里采用16位的A／D转换器AD976。AD976采样速率高达100 Ks／s，采用的是电荷重分布技术的逐次逼近型模数转换器，由内部电容模块进行高速采样，因此无需外加采样保持器，从而简化了外围电路的设计。
此系统采用ALTERA公司优性价比的Cyclone系列EP1CQ240C8。EP1CQ240C8内部有LE 5 980个，PLL2个，185个I／O端口。利用PLL可完成对输入分频、倍频、占空比的设定、特定的相移，非常方便。把输入时钟必须分给全局时钟引脚。EP1CQ240C8内部有RAM 92 160 bit，可以实现单口RAM，双口同步FIFO，异步FIFO，CAM(内容地址存储器)，丰富的I／O可以完成和外设的连接。
2．3 信号调理电路
信号调理电路主要完成光电转换和小信号的放大和滤波等功能。本系统的光电探测器采用PED100-LN，其暗电流小、响应度高、响应速度快、稳定性和可靠性好，在1 550nm的波长附近具有良好的线性输出；具有对数特性，对大信号增益小，对小信号增益大，因此可对功率在大范围内变化的光信号进行响应。光电探测器是将光信号转变为电流信号，其输出的电流通过高精密运算放大器构成的电路转换为合适的电压信号。为了使小信号电压信号不被电路噪声所淹没，所以在电路的前端加锁定放大电路，信号通过放大电路后传输到滤波电路，滤波电路选用二阶低通滤波电路。低通滤波电路输出的信号传输给下一级电路进行处理。
又由于光电探测器灵敏度低、输出电流小，一般只有数微安，甚至更小，因此必须选用前置放大器对信号进行放大。首先从去噪角度上考虑前置放大电路的设计，电路中需要引入去耦电容。去耦是去除芯片电源管脚上的噪声，噪声是芯片本身产生的。在直流电源电路中负载的变化会引起电源噪声。此外，前置放大电路还应该起到最大限度抑制噪声的作用，以获得最大的信噪比。前置放大器的核心部分是运算放大器，应尽量选择具有高的输入电阻、小的失调电流的高性能运算放大器。图2为前置放大电路。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/191383.htm
作为光信号检测中的关键部分，前置放大电路的性能在很大程度上决定了整个光检测系统的性能。如果采用一般的放大器进行放大，放大器本身会引入较高的噪声，后一级放大器将对前一级放大器输出的信号和引入的噪声同时进行放大，因此信噪比不会得到改善，本系统中要探测的光电流信号很微弱，因此，前置放大器的增益必须很高。此外，前置放大电路还应该起到最大限度抑制噪声的作用，以获得最大的信噪比。综合各方面的考虑，本系统设计的前置放大电路如图2所示。由于OP07是一种低噪声，非斩波稳零的单运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压，所以在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。光电探测器输出的光电流信号经过前置放大器后，实现了电流-电压的转换和一次放大，但是为了满足后续电路的需要，必须对信号进行二次放大，二级放大电路选用高精密运算放大器OP07构成。其二级放大电路如图3。
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