本發明實施例涉及光纖信號采集，尤其涉及一種基于fpga的低噪聲光纖采集卡。

背景技術：

1、光纖傳感技術因其高靈敏度、抗電磁干擾、耐高溫和長距離傳輸等優點，在石油天然氣行業、智能電網、結構健康監測、軍事安全等多個領域得到廣泛應用，隨著光纖傳感技術的發展和領域的擴展，光纖傳感技術對信號的質量、數據的采集速度和實時信號處理要求越來越高，fpga具有高度并行處理能力和可重構性，適用于高速數據處理和實時信號處理，成為光纖傳感不可或缺的一部分。

2、但是在實際任務中，光纖距離越遠，信號越微弱。在對不同強度的信號處理時，信號往往會被噪聲淹沒；此外，在惡劣環境下，由于電源故障或溫度異常往往會導致設備損壞，避免造成重大經濟損失。

3、因此，如何在保障信號質量的同時，對系統進行安全防護是目前亟待解決的技術問題。

技術實現思路

1、本發明實施例提供一種基于fpga的低噪聲光纖采集卡，實現高質量信號傳輸及系統安全防護。

2、為了達到本申請目的，本申請提供了一種基于fpga的低噪聲光纖采集卡，包括電源控制保護電路、溫度監控保護電路、放大濾波單元、adc數據采集單元、fpga單元；電源控制保護電路一端與電源相連接，另一端與cpu相連接；cpu控制數字電源為fpga單元供電，cpu控制模擬電源為放大濾波單元及adc數據采集單元供電；

3、所述溫度監控保護電路實時監測fpga和電源的運行溫度；

4、所述放大濾波單元與所述adc數據采集單元對光纖傳感信號進行處理，并將處理結果送入fpga單元。

5、進一步的，所述數字電源與所述模擬電源由輸入電源轉換；所述數字電源與所述模擬電源采用共模濾波電路相互隔離；所述共模濾波電路由濾波電容和共模電感組成。

6、進一步的，在共模濾波電路后設置ldo單元與濾波電路；cpu控制模擬電源經過ldo單元與濾波電路后，為放大濾波單元及adc數據采集單元供電。

7、進一步的，電源啟動過程為：在接入電源后，檢測電源是否正常，如果電源異常則不接入下一級電源；如果電源正常，則接入下一級電源并啟動cpu，cpu控制后級電源逐級啟動并檢測后級電源；當cpu檢測后級電源異常時，cpu關閉對應后級電源；

8、所述電源異常包括：過壓與欠壓。

9、進一步的，所述溫度監控保護電路在電源或fpga的運行溫度超過預設工作溫度范圍時，對電源進行關閉；

10、所述預設工作溫度范圍包括：預設最大溫度與預設最小溫度。

11、進一步的，所述模擬信號預處理電路由esd保護電路，分壓電路，阻抗匹配電路和跟隨電路組成；

12、所述分壓電路通過分壓電阻對光纖傳感信號的量程進行調節；所述阻抗匹配電路提供可選擇的低頻阻抗與高頻阻抗。

13、進一步的，所述低噪聲放大電路由可配置濾波器、差分放大電路和差分濾波電路組成；

14、所述可配置濾波器提供可選擇的高通濾波器與低通濾波器；

15、所述差分放大電路提供可調節的1-20倍差分放大；

16、所述差分濾波電路由四階差分濾波器構成。

17、進一步的，所述四階差分濾波器是由四階改進型lrc差分濾波器和rc差分濾波器組成；其中，四階改進型lrc差分濾波器由兩個二階lrc差分濾波器組成。

18、進一步的，光纖傳感信號通過放大濾波單元處理后進入adc數據采集單元，所述adc數據采集單元與fpga單元內部的ad9642采集單元通過采集通道采集到fpga單元的內部。

19、進一步的，所述fpga單元內部的ad9642采集單元的采樣率為250mhz。

20、與現有技術相比，本發明提供的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，通過cpu控制數字電源與模擬電源的供電，減少電源間的干擾；更進一步地，通過共模濾波電路將數字電源與模擬電源進行隔離，保證模擬電源不受數字電源波動的影響；同時，通過監測系統的電源以及溫度，對電路進行保護，保證電路及設備不受損壞；最后，通過放大濾波單元，降低電源噪聲并提高信號質量。

21、本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

技術特征：

1.一種基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，包括電源控制保護電路、溫度監控保護電路、放大濾波單元、adc數據采集單元、fpga單元；電源控制保護電路一端與電源相連接，另一端與cpu相連接；cpu控制數字電源為fpga單元供電，cpu控制模擬電源為放大濾波單元及adc數據采集單元供電；

2.根據權利要求1所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，所述數字電源與所述模擬電源由輸入電源轉換；所述數字電源與所述模擬電源采用共模濾波電路相互隔離；所述共模濾波電路由濾波電容和共模電感組成。

3.根據權利要求2所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，在共模濾波電路后設置ldo單元與濾波電路；cpu控制模擬電源經過ldo單元與濾波電路后，為放大濾波單元及adc數據采集單元供電。

4.根據權利要求1所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，電源啟動過程為：在接入電源后，檢測電源是否正常，如果電源異常則不接入下一級電源；如果電源正常，則接入下一級電源并啟動cpu，cpu控制后級電源逐級啟動并檢測后級電源；當cpu檢測后級電源異常時，cpu關閉對應后級電源；

5.根據權利要求1所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，所述溫度監控保護電路在電源或fpga的運行溫度超過預設工作溫度范圍時，對電源進行關閉；

6.根據權利要求1所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，所述放大濾波單元包括：模擬信號預處理電路、低噪聲放大電路；其中，所述模擬信號預處理電路由esd保護電路，分壓電路，阻抗匹配電路和跟隨電路組成；

7.根據權利要求1所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，所述放大濾波單元包括：模擬信號預處理電路、低噪聲放大電路；其中，所述低噪聲放大電路由可配置濾波器、差分放大電路和差分濾波電路組成；

8.根據權利要求7所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，所述四階差分濾波器是由四階改進型lrc差分濾波器和rc差分濾波器組成；其中，四階改進型lrc差分濾波器由兩個二階lrc差分濾波器組成。

9.根據權利要求1所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，光纖傳感信號通過放大濾波單元處理后進入adc數據采集單元，所述adc數據采集單元與fpga單元內部的ad9642采集單元通過采集通道采集到fpga單元的內部。

10.根據權利要求9所述的基于fpga的低噪聲光纖采集卡，其特征在于，所述fpga單元內部的ad9642采集單元的采樣率為250mhz。

技術總結
本發明公開了一種基于FPGA的低噪聲光纖采集卡，包括電源控制保護電路、溫度監控保護電路、放大濾波單元、ADC數據采集單元、FPGA單元；電源控制保護電路一端與電源相連接，另一端與CPU相連接；CPU先控制數字電源為FPGA單元供電，再控制模擬電源為放大濾波單元及ADC數據采集單元供電；所述溫度監控保護電路實時監測FPGA和電源的運行溫度；所述放大濾波單元與所述ADC數據采集單元對光纖傳感信號進行處理，并將處理后的光纖傳感信號送入FPGA單元。本發明實施例中的技術方案，通過各模塊單元協同工作，實現高質量信號傳輸及系統安全防護。

技術研發人員：韋俊雄,王傳呈,楊承霖
受保護的技術使用者：武漢威虹光子科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24