本實用新型涉及APD控制系統(tǒng)，具體是一種基于上下位機的APD溫度、偏壓控制系統(tǒng)。

背景技術：

APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光電二極管）是一種建立在內光電效應基礎上的光電器件，通過其內部的雪崩增益效應，可以使得光生載流子-電子或空穴在高電場區(qū)通過碰撞電離產生新的電子-空穴對，形成雪崩倍增電流增益，從而顯著提高器件的探測靈敏度和信噪比，因此在光通信、光纖測溫、激光測距等領域常選用APD作為微弱光信號的探測單元。但在探測光信號時，APD的增益漂移將引起測量精度的惡化，甚至造成系統(tǒng)癱瘓。

理論上可以證明：APD的增益是其偏壓V和溫度T的函數，二者共同決定了APD的增益。為了保證APD的增益穩(wěn)定，目前很多系統(tǒng)采用基于溫度調節(jié)或強度穩(wěn)定的控制方法。其中，基于溫度調節(jié)的控制方法分為兩種：第一種是基于溫度控制的控制方法，該方法是在保證偏壓不變的情況下通過溫控電路保證APD的溫度不變，然而該方法忽視了微小溫度波動對于APD增益的影響，因此其無法實現高穩(wěn)定的光電轉換。第二種是基于電壓補償的方法，該方法是通過檢測APD的溫度變化動態(tài)調節(jié)APD兩端的電壓從而保持APD的增益不變，然而該方法忽視了溫度對于APD暗噪聲的影響，因此其不利于提高探測器的靈敏度和信噪比?；趶姸确€(wěn)定的控制方法是通過維持采集信號的強度穩(wěn)定性來動態(tài)調整APD的偏壓，該方法適用于通訊系統(tǒng)中數字信號的發(fā)送，但在光纖傳感需要嚴格檢測光信號強度的場合中并不適用?；诖耍斜匾l(fā)明一種全新的APD控制系統(tǒng)，以解決現有APD控制方法存在的上述問題。

技術實現要素：

本實用新型為了解決現有APD控制方法無法實現高穩(wěn)定的光電轉換、不利于提高探測器的靈敏度和信噪比、在光纖傳感需要嚴格檢測光信號強度的場合中并不適用的問題，提供了一種基于上下位機的APD溫度、偏壓控制系統(tǒng)。

本實用新型是采用如下技術方案實現的：

基于上下位機的APD溫度、偏壓控制系統(tǒng)，包括上位機模塊、下位機模塊、APD光電轉換模塊、驅動電路；

所述上位機模塊包括第一單片機、觸摸電路、顯示電路、上位機通信電路；觸摸電路的輸出端與第一單片機的輸入端連接；顯示電路的輸入端與第一單片機的輸出端連接；上位機通信電路與第一單片機雙向連接；

所述下位機模塊包括第二單片機、數模轉換器、偏壓生成電路、模數轉換器、下位機通信電路；數模轉換器的輸入端與第二單片機的輸出端連接；偏壓生成電路的輸入端與數模轉換器的輸出端連接；模數轉換器的輸入端與偏壓生成電路的輸出端連接；模數轉換器的輸出端與第二單片機的輸入端連接；下位機通信電路分別與第二單片機和上位機通信電路雙向連接；

所述APD光電轉換模塊包括APD、數字溫度傳感器、制冷片；APD的陽極接地、陰極與偏壓生成電路的輸出端連接；數字溫度傳感器和制冷片均與APD緊鄰設置；數字溫度傳感器的輸出端與第二單片機的輸入端連接；

驅動電路的輸入端與第二單片機的輸出端連接；驅動電路的輸出端與制冷片的輸入端連接。

具體工作過程如下：數字溫度傳感器采集APD的溫度數據，然后將采集到的溫度數據發(fā)送至第二單片機。APD的偏壓數據經模數轉換器進行模數轉換后發(fā)送至第二單片機。第二單片機對接收到的數據（溫度數據和偏壓數據）進行處理，然后依次通過下位機通信電路、上位機通信電路將處理后的數據（溫度數據和偏壓數據）發(fā)送至第一單片機。第一單片機一方面將接收到的數據（溫度數據和偏壓數據）發(fā)送至顯示電路進行顯示，另一方面根據觸摸電路發(fā)送的觸摸數據（該觸摸數據是觸摸電路根據用戶的觸摸操作生成的）生成控制指令，然后依次通過上位機通信電路、下位機通信電路將生成的控制指令發(fā)送至第二單片機。第二單片機根據接收到的控制指令和數據（溫度數據和偏壓數據）生成控制信號，然后將生成的控制信號分別發(fā)送至驅動電路和數模轉換器。驅動電路根據接收到的控制信號驅動制冷片，由此對制冷片的溫度進行控制，從而對APD的溫度進行控制，使得APD的溫度保持穩(wěn)定。數模轉換器對接收到的控制信號進行數模轉換，然后將數模轉換后的控制信號發(fā)送至偏壓生成電路。偏壓生成電路根據接收到的控制信號生成偏壓，由此對APD的偏壓進行控制，使得APD的偏壓趨于穩(wěn)定的同時亦可補償微小溫度波動對APD的增益的影響。在此過程中，所述控制指令包括APD的溫度穩(wěn)定值和偏壓穩(wěn)定值。用戶通過觸摸操作可以改變APD的溫度穩(wěn)定值和偏壓穩(wěn)定值，由此調節(jié)APD的增益大小。

基于上述過程，與現有APD控制方法相比，本實用新型所述的基于上下位機的APD溫度、偏壓控制系統(tǒng)通過采用全新的上下位機控制結構，實現了對APD的溫度和偏壓進行控制，由此保證了APD的增益穩(wěn)定，從而具備了如下優(yōu)點：一、與基于溫度控制的控制方法相比，本實用新型充分考慮了微小溫度波動對于APD增益的影響，因此其能夠實現高穩(wěn)定的光電轉換。二、與基于電壓補償的方法相比，本實用新型充分考慮了溫度對于APD暗噪聲的影響，因此其有利于提高探測器的靈敏度和信噪比。三、與基于強度穩(wěn)定的控制方法相比，本實用新型不僅適用于通訊系統(tǒng)中數字信號的發(fā)送，而且在光纖傳感需要嚴格檢測光信號強度的場合中同樣適用。

本實用新型有效解決了現有APD控制方法無法實現高穩(wěn)定的光電轉換、不利于提高探測器的靈敏度和信噪比、在光纖傳感需要嚴格檢測光信號強度的場合中并不適用的問題，適用于光通信、光纖測溫、激光測距等領域。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型中偏壓生成電路的結構示意圖。

具體實施方式

基于上下位機的APD溫度、偏壓控制系統(tǒng)，包括上位機模塊、下位機模塊、APD光電轉換模塊、驅動電路；

所述上位機模塊包括第一單片機、觸摸電路、顯示電路、上位機通信電路；觸摸電路的輸出端與第一單片機的輸入端連接；顯示電路的輸入端與第一單片機的輸出端連接；上位機通信電路與第一單片機雙向連接；

所述下位機模塊包括第二單片機、數模轉換器、偏壓生成電路、模數轉換器、下位機通信電路；數模轉換器的輸入端與第二單片機的輸出端連接；偏壓生成電路的輸入端與數模轉換器的輸出端連接；模數轉換器的輸入端與偏壓生成電路的輸出端連接；模數轉換器的輸出端與第二單片機的輸入端連接；下位機通信電路分別與第二單片機和上位機通信電路雙向連接；

所述APD光電轉換模塊包括APD、數字溫度傳感器、制冷片；APD的陽極接地、陰極與偏壓生成電路的輸出端連接；數字溫度傳感器和制冷片均與APD緊鄰設置；數字溫度傳感器的輸出端與第二單片機的輸入端連接；

驅動電路的輸入端與第二單片機的輸出端連接；驅動電路的輸出端與制冷片的輸入端連接。

所述偏壓生成電路包括升壓電路和濾波電路；升壓電路的輸入端作為偏壓生成電路的輸入端；濾波電路的輸入端與升壓電路的輸出端連接；濾波電路的輸出端作為偏壓生成電路的輸出端。

所述觸摸電路和顯示電路為集成有電阻觸摸功能的TFT屏幕。

所述上位機通信電路和下位機通信電路均為CAN總線通信電路。

所述制冷片為半導體制冷片。

所述驅動電路為H橋驅動電路。

數模轉換器的輸入端通過SPI總線與第二單片機的輸出端連接；模數轉換器的輸出端通過SPI總線與第二單片機的輸入端連接；數字溫度傳感器的輸出端通過IIC總線與第二單片機的輸入端連接。