一种基于STM32的光功率计的设计与实现

1、引言

针对目前市场上传统的光功率计动态范围小、测试精度低、非线性误差明显、档位切换速度慢等缺点，设计了一款基于STM32的高精度光功率计，采用先进的大动态波长响应范围的INGAAS－PIN光电探测器，配合使用ADI公司的光电前置放大器AD795，TI公司的24位模数转换器ADS1232和美信公司的高速多路模拟开关MAＸ4051进行系统的设计，利用STM32控制放大量程增益自动切换技术，消除光电探测器在同一波长不同光强下对光的非线性响应导致的测量误差，可以大大提高光功率计测试的精度和可靠性。

2、系统工作原理

系统的原理框图如图1所示，INGAAS－PIN光电探测器将检测到光信号转变为电流信号，进行I／V（电流电压）变换后输出电压信号，经过放大和滤波处理后的电压信号送入A／D进行模数转换，根据转换的数据量的大小，利用微处理器判断之后控制放大电路的量程自动切换来获得合适的可供计算的数字量，最后由STM32控制器来进行数据的处理和分析，再送入液晶ＬＣD进行功率显示，并实现系统的按键控制，数据存储和串口通信等操作。

图1系统原理

3、光功率计硬件实现

3．1、INGAAS－PIN光电探测器

目前流行的光电探测器有PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管，APD具有很高的检测速度，在高速光电检测应用行业占据主要地位，但是其暗电流大，需要很高的偏置电压，噪声也比较大，不适合在精确测量时使用。在光功率设计中广泛使用暗电流低、灵敏度高、可以工作在零偏状态的PIN光电二极管。目前使用的PIN管主要由SI、Gｅ、INGAAS等材料制作的，覆盖了从400～1800NM的波长范围。不同材料的PIN光电探测器响应度R和波长λ的关系如图2所示。

图2 PIN光电探测器响应度R和波长λ的关系

绝对响应度是衡量光电探测器性能优越的一个重要指标，决定光电流与光功率之间的关系。响应度公式定义为：一次光生电流IP和入射光功率P的比值。

R＝IP／P（1）

式中：R为光电二极管的响应度。