一种EDFA温控电路的分析

3.4 系统误差分析

上述自调系统的温控精度实测结果是：窄温控范围（15～25℃），长期稳定度±0.2℃；宽温控范围（5～40℃），长期稳定度±0.4℃；显然,这与不超过±0.1℃的技术要求存在差距。

上述自调系统的误差源经开环检测，主要是桥式温度-电压变换电路的电源电压EO的稳定度，电桥输出放大器的零点漂移，其次是可控恒流源的电流漂移。

4 建立微机温度双回路数字测控系统

图1所示的系统是单回路自动控制系统，在此基础上，再加入一个以微机为核心的测控回路，构成双回路数字测控系统，该系统如图6所示。图6 中，PC是单片机，键盘、显示器为人、机界面。温度精测电路可实现比图1的测温电路更精确的温度测量。然后经模/数转换，PC进行数据处理。并依据输出温度与设定温度的偏差，PC经数/模转换给出微调值。这是一个负反馈的过程。


图6所示系统提高温控精度的主要措施有以下几点。

4.1 应用电阻比较法，提高测温精度

将图3电路中的R0、 RT 电桥臂直接用微机进行检测，电原理图如图7所示。


图中：IC1为高阻输入射随器，保证对 R0、RT测量不分流。IC2为差动放大器，可较好地消弱共模噪声电压。IC2放大倍数KC2决定于计算机A/D 转换量程。控制up2 数字信号，分别测量EO，u T，则


由于uT、E0是直接测量所得。尽管由于 E的变化引起UT、E0 的相应变化，微机（通过A/D转换）仍能准确测量瞬时值。由于测量速度很快，两次测量可认为放大器增益KC2变化极小。因而，通过式（14）可精确计算RT值，且测量精度与 E的变化和KC2的变化无关，只决定于 uT、E0的检测精度和 R0的精度。必须指出的是，这种电阻比较法，只适用于微机测量。这是本文提出的新方法。

4.2 应用数字滤波和零点补偿，有效消弱放大器的零点漂移

为消弱测量UT、 E0的随机误差和放大器的零漂，使测量精度进一步提高，采用数字滤波和零点补偿法。测量数学模型为：


式中：n 为测量次数；E0i、U Ti和U0i分别为第i次测量E0、u T和U0值。U0 为IC1、IC2的零位电压，可以通过模拟开关K使IC1接地进行测量。测量精度可达0.1%，相对温度误差±0.02℃。

4.3 应用单片机进行补偿

在图6所示的数字温控（微调）过程中，单片机是按一定采样周期进行调整的。设ＵDAS 为给定或要求达到的给定电压值，UDAS （N）为任意第N 个采样周期的UDAS值。同样，设U DA 为实测（或采样）的电压值，ＵDA （N）为任意第N 个采样周期的UDA值。为了达到精密的测控 ［4］，微机依据UDA（N ）与UDAS（N）的差，通过D/A 转换器给出负反馈特征的调整量，使UDA 向接近UDAS变化，向消除两者之差的方向变化。同时考虑 UDA 随时间的变化速率，还要考虑UDA（ N）与其前一周期UDA（N- 1 ）的变化。因而总的电压调整增量应为：ΔU=U DAS（N）+UDA（N -1）-2UDA（N）。这就是微机进行微调补偿的数学模型。

通过上述一系列措施，使图6给出的双回路温控系统的温控范围达到10～35℃、温控精度达到±0.03～±0.05℃，满足了宽范围、高精度的要求。

5 结束语

本文所述的温控电路，已成功的应用于EDFA 模块的温度测控。达到了预期要求的宽范围（10～35℃）、高精度（±0.03～±0.05℃）、高可靠性。所有实用化的EDFA产品，经过近5年的现场运行，都未出现任何问题。