Xu Xiao Liu Hongyu
(École supérieure de Shenyang Université aérospatiale, Shenyang 110136)
: Produits ARM conçus système de mesure de perte dépendant de la polarisation STM32F407ZG basées sur le noyau CortexM4 de ST, y compris la théorie de la conception du système, la structure de la conception de logiciels et du matériel et la mise en uvre. En réglant l'état de polarisation du contrôleur de polarisation de la lumière, envoyé par le module suivant analyte de conversion photoélectrique, le filtre atteint module d'acquisition A / D amplifié, et finalement envoyé à l'unité de commande principale M4 traitement de mesure est terminé.
: Perte dépendant Polarisation; STM32F407ZG; contrôleur de polarisation, système de mesure
: TP913.7 Code du document: ADOI: 10,19358 / j.issn.1674-7720.2017.01.010
Format de référence : Xuhong Yu, Xiao Liu conception du système de mesure de la perte dépendant de la polarisation STM32 [J] SES APPLICATIONS, 2017,36 (1):. 32-34.
0 introduction
PDL (Polarization Dependent Loss, PDL) est pour le cas où la présence de la lumière polarisée par les dispositifs optiques passifs, ce qui provoque une variation de la valeur de puissance optique. Comme les signaux lors de la transmission est non seulement la polarisation existe dans le réseau fibre optique continuera de croître le long de la liaison fibre, un impact sérieux sur la qualité de transmission, et un PDL lorsqu'un dispositifs passifs de fluctuation de puissance au sein du système plus est grande, le système augmentera le taux d'erreur binaire, et donc la mesure de la perte dépendant de la polarisation devient très nécessaire.
Une théorie de la perte dépendant de la polarisation
la perte dépendant de la polarisation de la formule de base est définie comme suit:
PDL = 10log (Pmax / Pmin) (1)
L'unité est dB, où Pmax est la puissance maximale de la lumière passe à travers l'état de polarisation entière, Pmin est la valeur minimale de la puissance de tout l'état de polarisation de la lumière.
La lumière est une onde transversale, la théorie ondulatoire de la lumière pour analyser la perte dépendant de la polarisation. L'angle d'incidence 1 lorsque la lumière est incidente à partir d'un milieu d'indice de réfraction n1 de l'indice de réfraction n2 du milieu, l'angle de réfraction 2. Et parce que la lumière est une onde électromagnétique, on suppose que S est la direction de vibration électrique vecteur parallèle à la surface incidente, p est la direction de vibration du vecteur électrique est perpendiculaire au plan d'incidence, à condition ts s est le coefficient de transmission d'amplitude complexe de l'énergie lumineuse directionnelle, tp est la direction p le coefficient de transmission complexe en amplitude. Par la théorie de l'optique ondulatoire l'équation suivante peut être obtenue:
Des ts de l'équation ci-dessus et tp ne sont pas égaux, il produira une perte dépendant de la polarisation. Généré par le PDL définitions d'interface sensiblement seule polarisation perte dépendant est disponible:
PDL = -20log [cos (1-2)] (4)
De la loi de réfraction n1sin (1) = n2sin (2) expression theta] 1 est obtenu, peut être introduite:
PDL = {-20log cos [1-arcsin (n1sin1 / n2)]} (5)
Par la formule (5) montre que l'indice de réfraction du milieu PDL principalement liés à l'interface optique et l'angle de côtés d'incidence de lumière, afin de poursuivre l'analyse de la relation entre l'angle d'incidence, et (5) nécessaire à la dérivée partielle de formule 1 obtenu:
En pratique, la valeur de thêta] 1 est généralement faible, de l'ordre de 0 à 80, et par la formule (6) en tant que n1n2 vu, la loi de la réfraction vu par un 12, peut être introduit tg (1-2) 0,1- n1cos1n2cos20, de manière à obtenir un premier ordre 1 dérivée partielle est supérieur ou égal à 0, et lorsque la même raison, lors de l'obtention du 12 toujours valide.
Polarisation perte dépendante PDL augmente avec l'angle d'incidence croissante peut être obtenue à partir de l'analyse ci-dessus, elle est proportionnelle. Bien que connu par la formule (5) PDL en outre deux supports avec une différence d'indice de réfraction An, plus la différence est grande, plus la perte dépendant de la polarisation. Par la formule (5), dans les dispositifs passifs connus indice de réfraction, la face d'extrémité incidente selon un angle d'autres paramètres, qui peut être estimée limite de perte dépendant de la polarisation théorique théoriquement.
2 Programme de mesure de la perte dépendant de la polarisation
IEC: 2009 (E) 61300-3-2 définit deux méthodes d'essai de perte dépendant de la polarisation, respectivement, et la méthode de la matrice de Mueller complète de l'état de balayage [12].
2.1 balayage Stateful
Procédé de balayage est divisé en Stateful procédé de l'étape de balayage et un temps de balayage. Etape méthode de balayage balaye le contrôleur de polarisation est commandée sur la sphère de Poincaré le long d'un mode de balayage de trajectoire de consigne a chaîne de balayage de trame ou de chaîne de trame deux types de balayage pas à pas à pas. Après l'achèvement de l'analyse pour trouver le maximum et la puissance optique minimale, pour obtenir PDL. Mais pour les besoins de la précision des mesures plus élevées de l'occasion, la taille de l'étape de test devient petit, le nombre considérablement accru de points, mais augmente également le temps de test. Procédé de balayage temporel et l'étape de balayage est sensiblement la même, la différence principale est la longueur de l'instruction de commande de transmission à un temps de balayage du contrôleur de polarisation, de sorte que l'état de polarisation du dispositif de commande de polarisation génère une variété de lumière dans une période prédéterminée de temps, mais ne connaissent pas le nombre de polarisation et direction de polarisation. Etape méthode d'analyse est une meilleure répétabilité et est plus étroitement liée au temps, les temps de balayage plus une plus grande précision, une meilleure reproductibilité.
2.2mueller Matrice
méthode de la matrice est mueller l'utilisation de sa bonne correspondance entre la sphère de Poincaré, avec cette méthode seulement besoin d'utiliser quatre états de polarisation de la lumière et la formule mathématique matrice mueller extremum pour donner la liaison de dépendance à la polarisation du DUT la perte. La formule est la suivante:
Dans lequel m11, m21, m31, m41 est des éléments de matrice de Mueller de la première colonne, seule la première colonne de la matrice est obtenue élément Mueller peut être obtenu PDL. Cette méthode permet une mesure rapide, mais il est sensible à la polarisation et à la lumière.
Sur la base des avantages et inconvénients de la méthode d'essai ci-dessus, la commande du contrôleur de polarisation est modifiée, ce qui modifie la taille de l'étape de balayage et le temps de balayage, l'état de polarisation de sortie polarisé elliptiquement tombe, autant que possible, PDL pour une longueur d'onde spécifique, ce qui raccourcit temps de test, et facile à utiliser pour que le programme de test, mais aussi sur l'état de polarisation de la stabilité réduite, tout en réduisant la complexité du contrôleur de polarisation, l'erreur de mesure est relativement faible.
3 Théorie de conception du système
Composition de polarisation perte dépendante (PDL) du système d'essai [3] La principale source de lumière, un contrôleur de polarisation, un module de mesure de puissance optique [45], A / D Module convertisseur MCU et analogues. La figure 1 est le châssis du système.
Module Power Meter comprend un photodétecteur, un amplificateur et un module convertisseur A / D. [67] En changeant le contrôleur de polarisation pour ajuster la pression de l'état de polarisation de la fibre optique pour obtenir différents états de polarisation, une conversion photoélectrique, amplifié et filtré à travers le compteur à l'essai, envoyé au module convertisseur A / D, et finalement envoyé par DMA traitement et d'affichage MCU.
4 conception de circuits de matériel
4.1 Conception du circuit de commande de polarisation
Un contrôle précis du dispositif de commande de polarisation est un élément clé du système, conçu avec un moteur pas à pas commandé STM32 et un contrôle de circuit de pilotage périphérique du contrôleur de polarisation, pour contrôler avec précision la vitesse du moteur pas à pas et la position, et il n'y a pas accumulé d'erreur, il peut être exactement pour donner l'état de polarisation souhaité. 2 connecté au circuit représenté sur la Fig.
4,2 conception de circuit préamplificateur
Courant à travers les photodétecteurs de conversion de la lumière polarisée relativement faibles, peuvent être nécessaires après amplification au module de convertisseur A / D pour le traitement. Tel qu'utilisé ici, le bruit relativement faible, CAN de type relativement peu coûteux amplificateur LF356H OP comme dispositif de circuit préamplificateur, ayant les caractéristiques suivantes:
(1) un courant - le gain de conversion de tension de 1 V / uA;
(2) une amplitude - fréquence caractéristique: à 100 kHz, la tension de sortie maximale de -3 dB à ± 10 V, le circuit représenté sur la figure 3.
Après circuit préamplificateur [89] Après que la tension de sortie est relativement faible, le signal relativement faible, passe à travers le second besoin circuit d'amplification de l'étape. Cette conception utilise un amplificateur d'instrumentation à gain programmable [1011] second étage d'amplification AD8253 ayant une impédance d'entrée de GQ de phase, à faible bruit de sortie, une faible distorsion, peut être entraîné bien élevé analogique du taux d'échantillonnage au convertisseur numérique (ADC ), le rend conducteur un choix parfait de l'ADC, et qui peut atteindre une gamme élargie de commutation 1,10,100,1000, peut être commuté en fonction de la gamme d'amplitude du signal d'entrée.
4.3 un circuit de commande principal et le circuit A / D
Compte tenu du coût, de performance et le faible puce maître du système de consommation de puissance, de fiabilité, de précision, etc., le circuit de commande principale utilise le système de minimum de STM32F407 ST, dans la mesure maximale pour permettre au circuit intégré pour réduire le circuit externe, le convertisseur A / D STM32F407 circuit de transport utilise un / D puce de conversion.
Schéma de principe d'une puce de commande représenté sur la Fig.
La figure 4 est une puce principale de cette conception du système, la tension de fonctionnement de 5 V, un certain nombre de la LED connectée à sa périphérie, pour indiquer un programme est en cours.
STM32F4 l'ADC 12 est un analogue d'approximation successive à convertisseur numérique. Il y a 19 canaux que le convertisseur A / D peut être un des motifs de balayage, en continu, discontinu ou exécuté, le taux de conversion maximum allant jusqu'à 2,4 MHz. Cette propriété peut satisfaire aux exigences de conception et de faciliter la conception de circuits et apporter une programmation ultérieure du logiciel.
5 Design System Software
5 à organigramme de logiciel après le matériel d'acquisition de signaux, les besoins logiciels à traiter une partie, la partie logicielle du programme organigramme illustré à la figure 5. Avant l'A / D système d'acquisition doit être jugé si le signal d'entrée dans la gamme de A / D peuvent être collectées, sinon, les besoins du système pour régler le AD8253 d'agrandissement pour rendre le signal est conforme à la magnitude du signal d'acquisition A / D, cette section automatiquement par le jugement de reconnaissance du système . Il est alors calculée selon la formule donnée précédemment puissance optique, et on calcule la perte dépendant de la polarisation selon la formule PDL.
1310 nm en utilisant une source de lumière d'un test de stabilité DFB, obtenues à des instants différents sous données de test de PDL indiquées dans le tableau 1.
Le tableau 1 montre que le système de mesure bien PDL de test complet, et l'erreur est relativement faible, pour répondre à la précision de mesure.
6. Conclusions
Système de mesure de la perte dépendant de la polarisation sur la base STM32F4, en se fondant sur le contrôleur de polarisation pour modifier l'état de polarisation de la sortie de lumière peut être ainsi mesurée après que la lumière passe à travers la perte dépendant de la polarisation des dispositifs passifs. Et STM32F4 présente ses propres avantages en termes de vitesse, consommation d'énergie, le coût, etc., vient ADC permet aux concepteurs de simplifier, mais aussi une riche extension périphérique.
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