RU2704728C1

RU2704728C1 - Electronic stabilization system

Info

Publication number: RU2704728C1
Application number: RU2018141433A
Authority: RU
Inventors: Михаил Геннадьевич Гуров
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-10-30

Abstract

FIELD: electronic equipment.SUBSTANCE: invention relates to electronic stabilization means. To achieve the technical result, an electronic stabilization system is provided, comprising a frequency-phase detector/mixer (1), a reference frequency source (7) and low-pass filter (2) connected thereto, amplifier (3) is connected to filter (2), and generator (3) is connected to amplifier (3) connected to photodetector (5), which is connected to detector/mixer (1), at that, inverting (15) and non-inverting (8) amplifiers are introduced to which low-pass filters (2), (9), (16) are connected, wherein low-frequency filters (9), (16) are connected to half-wave rectifiers (10), (17) and level limiters (11), (18) connected to inputs of ADC (12), (19) connected to the input of microcontroller (13), one output of microcontroller (13) is connected to stabilization indicator (14), and the other output is connected to DAC (20), which is connected to amplifier (3).EFFECT: increased stability and long-term operation of electronic feedback systems.1 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области стандартов частоты и устройствам для генерирования, усиления, модуляции, демодуляции или преобразования частоты и может быть использовано при проектировании различных типов систем электронной обратной связи, например, систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) фемтосекундных лазеров, систем электронной привязки к оптическим высокодобротным резонаторам в стандартах частоты и времени на основе стронция, рубидия, цезия, приемниках-компараторах и других приборах для частотно-временных измерений.The present invention relates to the field of frequency standards and devices for generating, amplifying, modulating, demodulating or frequency conversion and can be used in the design of various types of electronic feedback systems, for example, phase locked loop (PLL) femtosecond lasers, electronic optical reference systems high-quality resonators in the standards of frequency and time based on strontium, rubidium, cesium, receiver-comparators and other devices for time-frequency measurements rhenium.

Принцип действия электронной системы стабилизации ЭСС заключается в адаптивной подстройке частоты ГУН (генератора радиочастоты, частоты лазера) относительно внешнего опорного генератора или резонансной системы. Одним из главных элементов систем стабилизации частоты лазеров (электронной системы стабилизации с частотной или фазовой подстройкой, т.е. ФАПЧ, которой является частотно-фазовый детектор (ЧФД). Также в состав ФАПЧ входят фильтры низких частот (ФНЧ), генераторы управляемые напряжением (ГУН) или иные управляемые элементы с частотным выходом, эталонный генератор. В случае системы обратной связи типа Паунда-Древера-Холла (ПДХ) используются смеситель и оптический узкополосный фильтр (например, высоко добротный резонатор). ЧФД/смеситель сравнивает фазы эталонного генератора и выходного сигнала управляемой системы (сигнал биений, получаемый с фотоприемника). Далее сигнал подвергается фильтрации ФНЧ для устранения высокочастотных составляющих. Выходной сигнал после ФНЧ преобразуется (усиливается, суммируется) таким образом, что напряжение на выходе становится таково, что ГУН или иной управляемый напряжением элемент подстраивает свою выходную частоту до получения на выходе детектирующего элемента (например, за счет биений оптических сигналов опорного лазера и выходного лазера стабилизируемой системы) частоты или фазы совпадающей с частотой/фазой эталонного генератора, после чего подается на ЧФД/смеситель. При принудительной модуляции сигнала управления ГУН на выходе ЧФД/смесителя имеется сигнал показанный на Фиг. 1. Стабилизация системы происходит вокруг точки пересечения сигнала с осью абсцисс. Наличие паразитного смещения в сигнале ошибки по независящим от разработчиков причинам, например, токов утечки из-за неидеальности технологии изготовления операционных усилителей, различных засветок фотодетектора и т.д., приводит к смещению сигнала ошибки и, соответственно, к ассиметрии регулирования рабочей точки системы обратной связи. На Фиг. 2 продемонстрирована диаграмма смещения сигнала ошибки на выходе смесителя или фазового детектора системы обратной связи. Видно смещение точки регулирования по частоте ΔF при смещении сигнала регулирования, например, напряжения ΔU. Так, например, при возникновении данного эффекта в системе стабилизации частоты повторений фемтосекундного лазера, т.е. расстояния между модами фемтосекундного лазера может смещаться на величину 10-20 кГц, что при учете дрейфа во времени данного смещения делает устройство непригодным для долговременных точных измерений. При добавлении автоматического корректора обратной связи (КОС) эффект заключается в определении и устранении сдвига сигнала ошибки цепей обратной связи ФАПЧ и других систем функционирующих с использованием модулирования несущей частоты, а также в способности поиска точки стабилизации. Расширение возможностей системы стабилизации путем применения одновременно работающего с основной системой обратной связи полностью автоматического КОС, вырабатывающего сигнал коррекции для сдвига сигнала ошибки, позволит увеличить время корректной работы устройства.The principle of operation of the electronic ESA stabilization system is to adaptively adjust the frequency of the VCO (radio frequency generator, laser frequency) relative to an external reference generator or resonant system. One of the main elements of stabilization systems for laser frequency (electronic stabilization system with frequency or phase adjustment, i.e. PLL, which is a frequency-phase detector (PFD). PLL also includes low-pass filters (LPF), voltage-controlled oscillators ( VCO) or other controlled elements with a frequency output, a reference generator.In the case of a Pound-Drever-Hall (PDC) feedback system, a mixer and an optical narrow-band filter (for example, a high-quality resonator) are used. It contains the phases of the reference generator and the output signal of the controlled system (beat signal received from the photodetector). Next, the signal is filtered by the low-pass filter to eliminate high-frequency components. The output signal after the low-pass filter is converted (amplified, summed) so that the output voltage becomes such that the VCO or another voltage-controlled element adjusts its output frequency until a detecting element is obtained at the output (for example, due to beats of the optical signals of the reference laser and the output laser and a stabilized system) of a frequency or phase coinciding with the frequency / phase of the reference generator, after which it is fed to the PFD / mixer. With forced modulation of the VCO control signal, the output of the PFD / mixer has the signal shown in FIG. 1. The stabilization of the system occurs around the point of intersection of the signal with the abscissa axis. The presence of parasitic bias in the error signal for reasons beyond the control of the developers, for example, leakage currents due to imperfect manufacturing technology of operational amplifiers, various photodetector flares, etc., leads to a bias of the error signal and, consequently, to asymmetry of the control point of the feedback system communication. In FIG. 2 shows a bias diagram of an error signal at the output of a mixer or phase detector of a feedback system. You can see the shift of the control point in frequency ΔF with a shift of the control signal, for example, voltage ΔU. So, for example, when this effect occurs in the stabilization system of the repetition frequency of a femtosecond laser, i.e. the distance between the modes of a femtosecond laser can be shifted by 10–20 kHz, which, taking into account the drift in time of this bias, makes the device unsuitable for long-term accurate measurements. When adding an automatic feedback corrector (CBS), the effect consists in determining and eliminating the error signal offset of the PLL feedback loops and other systems operating using carrier frequency modulation, as well as in the ability to search for a stabilization point. Expanding the capabilities of the stabilization system by using a fully automatic CBS simultaneously working with the main feedback system, which generates a correction signal for shifting the error signal, will increase the time of correct operation of the device.

Известна ЭСС (Патент №: US 6,714,083 В2, Date of Patent: Mar. 30, 1989), содержащая частотно-фазовый детектор, подключенный к нему источник опорной частоты, схема с зарядовой связью и фильтр низких частот, к фильтру низких частот подключен генератор управляемый напряжением или иной управляемый элемент с частотным выходом, который соединен с делителем частоты, который, в свою очередь, соединен с частотно-фазовым детектором, к выходу которого подключена схема индикации совпадения фаз входного опорного и выходного, пропущенного через делитель, сигналов на дискретных элементах.An ESA is known (Patent No. US 6,714,083 B2, Date of Patent: Mar. 30, 1989), which contains a frequency-phase detector, a reference frequency source connected to it, a charge-coupled circuit and a low-pass filter, a controlled oscillator connected to a low-pass filter voltage or other controllable element with a frequency output, which is connected to a frequency divider, which, in turn, is connected to a frequency-phase detector, the output of which is connected to the phase matching indicator of the input reference and output signals passed through the divider to the disk etnyh elements.

Однако в указанной ЭСС используется простая индикация состояния совпадения фаз входного опорного и выходного, пропущенного через делитель, сигналов на дискретных элементах, что не приводит к компенсации смещения сигнала ошибки или автоматическому поиску синхронизма системы стабилизации.However, in the indicated ESA, a simple indication of the phase coincidence state of the input reference and output signals passed through the divider on discrete elements is used, which does not lead to compensation for the offset of the error signal or to the automatic search for the synchronism of the stabilization system.

Кроме того, известна ЭСС (Patent No: US 6,654,394 B1, Date of Patent: Nov. 25, 2003), являющееся прототипом предлагаемого изобретения и содержащее частотно-фазовый детектор/смеситель, подключенный к нему источник опорной частоты и фильтр низких частот, к фильтру низких частот подключен усилитель, а к усилителю подключен генератор управляемый напряжением или иной управляемый элемент с частотным выходом, который соединен с фотодетектором, который, в свою очередь, соединен со смесителемIn addition, ESA is known (Patent No: US 6,654,394 B1, Date of Patent: Nov. 25, 2003), which is a prototype of the invention and contains a frequency-phase detector / mixer, a reference frequency source and a low-pass filter connected to it, to the filter an amplifier is connected to low frequencies, and a voltage controlled generator or other controlled element with a frequency output is connected to the amplifier, which is connected to a photodetector, which, in turn, is connected to a mixer

Однако в указанном устройстве для стабилизации используется только сигнал ошибки на выходе из смесителя с дальнейшей обработкой фильтром низких частот и подачей через преобразователь напряжения на ГУН в виде лазерного излучателя. Автоматической коррекции смещения сигнала ошибки и автоматического поиска точки стабилизации, т.е. синхронизма не производится, что не увеличивает стабильность и долговременную работу.However, in this device for stabilization only the error signal is used at the output of the mixer with further processing by a low-pass filter and feeding through the voltage converter to the VCO in the form of a laser emitter. Automatic correction of the offset of the error signal and automatic search for the stabilization point, i.e. synchronism is not performed, which does not increase stability and long-term operation.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение стабильности и долговременной работы электронных систем обратной связи лазерных и оптических систем.The objective of the invention is to increase the stability and long-term operation of electronic feedback systems of laser and optical systems.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве электронной системы стабилизации, содержащей, смеситель, подключенный к нему источник опорной частоты и фильтр низких частот, к фильтру низких частот подключен усилитель, а к усилителю подключен генератор управляемый напряжением или иной управляемый элемент с частотным выходом, который соединен с фотодетектором, который, в свою очередь, соединен со смесителем, заключающееся в том, что в него введены инвертирующий и неинвертирующий усилители, к которым подключены фильтры низких частот, к которым подсоединены однополупериодные выпрямители и ограничители уровней, соединенные со входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП), подключенных ко входу микроконтроллера, который содержит программу логически связывающую АЦП, индикатор стабилизации и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), физически один выход микроконтроллера соединен с индикатором стабилизации, а другой выход с ЦАП, который подключен к усилителю-сумматору обратной связи.The problem is achieved in that in the known device of the electronic stabilization system, comprising a mixer, a reference frequency source connected to it and a low-pass filter, an amplifier is connected to the low-pass filter, and a voltage-controlled generator or other controlled element with a frequency output is connected to the amplifier, which is connected to the photodetector, which, in turn, is connected to the mixer, which consists in the fact that inverting and non-inverting amplifiers are introduced into it, to which the filters are connected low frequencies, to which half-wave rectifiers and level limiters are connected, connected to the inputs of analog-to-digital converters (ADC) connected to the input of the microcontroller, which contains a program that logically connects the ADC, a stabilization indicator, and a digital-to-analog converter (DAC), physically one output of the microcontroller connected to the stabilization indicator, and another output from the DAC, which is connected to the feedback amplifier-adder.

Изобретение поясняется чертежами. На Фиг. 1 приведена диаграмма сигнала ошибки на выходе смесителя или фазового детектора системы обратной связи, на Фиг. 2 приведена диаграмма смещения сигнала ошибки на выходе смесителя или фазового детектора системы обратной связи, на Фиг. 3 (помещается в реферат) приведена блок-схема системы обратной связи ФАПЧ с использованием изобретения, на Фиг. 4 приведена блок-схема системы обратной связи ПДХ с использованием изобретения, на Фиг. 5 приведена блок-схема подпрограммы микроконтроллера, на Фиг. 6 приведена блок-схема подпрограммы микроконтроллера, часть 1, на ФИГ.7 приведена блок-схема подпрограммы микроконтроллера, часть 2.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a diagram of an error signal at the output of a mixer or phase detector of a feedback system; FIG. 2 is a bias diagram of an error signal at the output of a mixer or phase detector of a feedback system; FIG. 3 (placed in the abstract) is a block diagram of a PLL feedback system using the invention; FIG. 4 is a block diagram of a PDH feedback system using the invention; FIG. 5 is a block diagram of a microcontroller subroutine; FIG. 6 shows a block diagram of a microcontroller subroutine, part 1, FIG. 7 shows a block diagram of a microcontroller subroutine, part 2.

ЭСС (ФИГ. 1) содержит изображение несмещенного сигнала ошибки на выходе перемножителя или ЧФД системы обратной связи.The ESA (FIG. 1) contains an image of an unbiased error signal at the output of the multiplier or PFD feedback system.

ЭСС (ФИГ. 2) содержит изображение смещенного сигнала ошибки на выходе перемножителя или ЧФД системы обратной связи.ESS (FIG. 2) contains an image of a biased error signal at the output of the multiplier or PFD feedback system.

ЭСС (ФИГ. 3) содержит: 1 - частотно-фазовый детектор/смеситель, 2 - ФНЧ, 3 - усилитель, 4 - ГУН, 5 - фотодетектор, 7 - источник опорной частоты, 8 - неинвертирующий операционный усилитель, 9 - ФНЧ (граничная частота меньше, чем у ФНЧ 2), 10 - однополупериодный выпрямитель, 11 - ограничитель уровня сверху и снизу, 12 - аналого-цифровой преобразователь, 13 - микроконтроллер с программой, указанной на ФИГ. 5, ФИГ. 6, ФИГ. 7, 14 - индикатор стабилизации, 15 - инвертирующий операционный усилитель, 16 - ФНЧ (граничная частота меньше, чем у ФНЧ 2), 17 - однополупериодный выпрямитель, 18 - ограничитель уровня сверху и снизу, 19 - аналого-цифровой преобразователь, 20 - цифроуправляемый драйвер с цифровым или аналоговым выходом.An ESS (FIG. 3) contains: 1 — a frequency-phase detector / mixer, 2 — a low-pass filter, 3 — an amplifier, 4 — a VCO, 5 — a photodetector, 7 — a reference frequency source, 8 — a non-inverting operational amplifier, 9 — a low-pass filter (boundary the frequency is lower than that of the low-pass filter 2), 10 is a half-wave rectifier, 11 is a level limiter above and below, 12 is an analog-to-digital converter, 13 is a microcontroller with the program indicated in FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, 14 - stabilization indicator, 15 - inverting operational amplifier, 16 - low-pass filter (cutoff frequency less than low-pass filter 2), 17 - half wave rectifier, 18 - level limiter above and below, 19 - analog-to-digital converter, 20 - digital-controlled driver with digital or analog output.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве электронной системы стабилизации, содержащей, частотно-фазовый детектор/смеситель (1), подключенный к нему источник опорной частоты (7) и фильтр низких частот (2), к фильтру низких частот (2) подключен усилитель (3), а к усилителю (3) подключен генератор управляемый напряжением (4) или иной управляемый элемент с частотным выходом, который соединен с фотодетектором (5), который, в свою очередь, соединен с частотно-фазовым детектором/смесителем (1). В устройство дополнительно введены инвертирующий (15) и неинвертирующий (8) усилители, к которым подключены фильтры низких частот (2), (9), (16), при этом к фильтрам низких частот (9), (16) подсоединены однополупериодные выпрямители (10), (17) и ограничители уровней (11), (18), соединенные со входами аналого-цифровых преобразователей (12), (19), подключенных ко входу микроконтроллера (13). Микроконтроллер (13) содержит программу алгоритмически связывающую аналого-цифровые преобразователи (12), (19), индикатор стабилизации (14) и цифро-аналоговый преобразователь (20), и обеспечивающую автоматические поиск и коррекцию синхронизма, физически один выход микроконтроллера (13) соединен с индикатором стабилизации (14), а другой выход с цифро-аналоговым преобразователем (20), который подключен к усилителю (3). The problem is achieved in that in the known device of an electronic stabilization system comprising a frequency-phase detector / mixer (1), a reference frequency source (7) and a low-pass filter (2) connected to it, connected to a low-pass filter (2) an amplifier (3), and a voltage-controlled generator (4) or other controlled element with a frequency output connected to a photodetector (5), which, in turn, is connected to a frequency-phase detector / mixer (1) is connected to the amplifier (3) ) Inverting (15) and non-inverting (8) amplifiers are additionally introduced into the device, to which low-pass filters (2), (9), (16) are connected, while half-wave rectifiers are connected to low-pass filters (9), (16) ( 10), (17) and level limiters (11), (18) connected to the inputs of analog-to-digital converters (12), (19) connected to the input of the microcontroller (13). The microcontroller (13) contains a program algorithmically linking analog-to-digital converters (12), (19), a stabilization indicator (14) and a digital-to-analog converter (20), and which provides automatic synchronization search and correction, physically one output of the microcontroller (13) is connected with a stabilization indicator (14), and another output with a digital-to-analog converter (20), which is connected to an amplifier (3).

ЭСС (ФИГ. 4) содержит: 2 - ФНЧ, 3 - усилитель, 4 - ГУН, 5 - фотодетектор, 7 - источник опорной частоты, 8 - неинвертирующий операционный усилитель, 9 - ФНЧ (граничная частота меньше, чем у ФНЧ 2), 10 - однополупериодный выпрямитель, 11 - ограничитель уровня сверху и снизу, 12 - аналого-цифровой преобразователь, 13 - микроконтроллер с программой, указанной на ФИГ. 5, ФИГ. 6, ФИГ. 7, 14 - индикатор стабилизации, 15 - инвертирующий операционный усилитель, 16 - ФНЧ (граничная частота меньше, чем у ФНЧ 2), 17 - однополупериодный выпрямитель, 18 - ограничитель уровня сверху и снизу, 19 - аналого-цифровой преобразователь, 20 - цифроуправляемый драйвер с цифровым или аналоговым выходом, 21 - смеситель, 22 - оптический фильтр боковых полос (например, высокодобротный резонатор), 23 - модулятор оптического излучения (например, электрооптический модулятор).ESS (FIG. 4) contains: 2 - low-pass filter, 3 - amplifier, 4 - VCO, 5 - photodetector, 7 - reference frequency source, 8 - non-inverting operational amplifier, 9 - low-pass filter (cut-off frequency is lower than that of low-pass filter 2), 10 - half-wave rectifier, 11 - level limiter above and below, 12 - analog-to-digital converter, 13 - microcontroller with the program specified in FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, 14 - stabilization indicator, 15 - inverting operational amplifier, 16 - low-pass filter (cutoff frequency less than low-pass filter 2), 17 - half wave rectifier, 18 - level limiter above and below, 19 - analog-to-digital converter, 20 - digital-controlled driver with digital or analog output, 21 - mixer, 22 - optical sideband filter (for example, high-Q resonator), 23 - optical radiation modulator (for example, electro-optical modulator).

При этом схема обратной связи, содержащая, ЧФД 1 или смеситель 21, подключенный к нему источник опорной частоты 7 и фильтр низких частот 2, к фильтру низких частот 2 подключен усилитель 3, а к усилителю подключен генератор управляемый напряжением 4 или иной управляемый элемент с частотным выходом, который соединен с фотодетектором 5, который, в свою очередь, соединен со ЧФД/смесителем 1/21, заключающееся в том, что в него введены инвертирующий 15 и неинвертирующий усилители 8, к которым подключены фильтры низких частот 2, 9 и 16, при этом к фильтрам низких частот 9, 16 подсоединены однополупериодные выпрямители 10 и 17 и ограничители уровней 11 и 18, соединенные со входами аналого-цифровых преобразователей 12 и 19, подключенных ко входу микроконтроллера 13, который содержит программу логически связывающую аналого-цифровые преобразователи, индикатор стабилизации 14 и цифро-аналоговый преобразователь 20, физически один выход микроконтроллера соединен с индикатором стабилизации 14, а другой выход с цифро-аналоговым преобразователем 20, который подключен к усилителю обратной связи 3.In this case, a feedback circuit comprising, PSD 1 or mixer 21, a reference frequency source 7 and a low-pass filter 2 connected to it, an amplifier 3 is connected to a low-pass filter 2, and a voltage-controlled generator 4 or other controlled element with a frequency is connected to the amplifier the output, which is connected to the photodetector 5, which, in turn, is connected to the PSF / mixer 1/21, which consists in the fact that inverting 15 and non-inverting amplifiers 8 are connected to it, to which low-pass filters 2, 9 and 16 are connected, while the filters are low x frequencies 9, 16 connected half-wave rectifiers 10 and 17 and level limiters 11 and 18 connected to the inputs of analog-to-digital converters 12 and 19, connected to the input of the microcontroller 13, which contains a program that logically connects analog-to-digital converters, stabilization indicator 14 and digital -analog converter 20, physically one output of the microcontroller is connected to the stabilization indicator 14, and the other output is with a digital-to-analog converter 20, which is connected to feedback amplifier 3.

При этом ЧФД/смеситель 1/21 может быть выполнен на микросхеме ZRPD1+, фильтр нижних частот на основе операционного усилителя OP27G, ОР177 с конденсаторами, усилитель 3 на операционном усилителе OP27G, ГУН 4 может быть выполнен с использованием полупроводниковых лазеров с внешним резонатором, фотодетектор 5 может быть выполнен на основе быстрого фотоприемника Hamamtsu S5973-01, источник опорной частоты 7 на основе МАХ038, 8 - неинвертирующий операционный усилитель 8 на основе операционного усилителя OP27G, ФНЧ 9 на основе на основе операционного усилителя OP27G, ОР177 с конденсаторами, однополупериодный выпрямитель 10 на основе диода 1N4007, стабилитрона 1N4733A и операционного усилителя ОР27, ограничитель уровня сверху и снизу 11 может быть выполнен на основе стабилитрона 1N4733A и операционного усилителя OP27G, либо без него, аналого-цифровой преобразователь 12 может быть выполнен на микросхеме МСР3008, микроконтроллер 13 содержащий программу на PIC16F886, MSP430, индикатор стабилизации 14 на светодиоде GNL-3014GD, инвертирующий операционный усилитель 15 с использованием операционного усилителя OP27G, ФНЧ 16 (граничная частота меньше, чем у ФНЧ 2) на операционном усилителе OP27G с конденсатором, однополупериодный выпрямитель 17 на основе диода 1N4007 или стабилитрона 1N4733A и операционного усилителя OP27G, ограничитель уровня 18 сверху и снизу может быть выполнен на основе стабилитрона 1N4733A и операционного усилителя OP27G, аналого-цифровой преобразователь 19 может быть выполнен на микросхеме МСР3008, цифроуправляемый драйвер 20 с цифровым или аналоговым выходом на основе НАЛ МСР4922, смеситель 21 может представлять собой микросхему ADF4113, оптический фильтр боковых полос 22 может быть выполнен в виде резонатора Фабри-Перо с высокой добротностью, модулятор оптического излучения 23 - например, электрооггический модулятор.In this case, the ChFD / mixer 1/21 can be performed on a ZRPD1 + chip, a low-pass filter based on the operational amplifier OP27G, OP177 with capacitors, amplifier 3 on the operational amplifier OP27G, VCO 4 can be performed using semiconductor lasers with an external resonator, photodetector 5 can be made on the basis of a Hamamtsu S5973-01 fast photodetector, reference frequency source 7 based on MAX038, 8 non-inverting operational amplifier 8 based on OP27G operational amplifier, low-pass filter 9 based on OP27G operational amplifier, OP177 with capacitors, a half-wave rectifier 10 based on the diode 1N4007, the zener diode 1N4733A and the operational amplifier OP27, the level limiter above and below 11 can be made on the basis of the zener diode 1N4733A and the operational amplifier OP27G, or without it, the analog-to-digital converter 12 can be performed on the chip MCP3008 , microcontroller 13 containing the program on PIC16F886, MSP430, stabilization indicator 14 on the GNL-3014GD LED, inverting operational amplifier 15 using the operational amplifier OP27G, low-pass filter 16 (cutoff frequency less than, h I have a low-pass filter 2) on an OP27G operational amplifier with a capacitor, a half-wave rectifier 17 based on a diode 1N4007 or a Zener diode 1N4733A and an operational amplifier OP27G, a level limiter 18 above and below can be made on the basis of a Zener diode 1N4733A and an operational amplifier OP27G, analog-to-digital converter 19 can be performed on the MCP3008 chip, a digital-controlled driver 20 with a digital or analog output based on NAL MCP4922, the mixer 21 can be an ADF4113 chip, an optical filter of the side bands 22 can be performed in the form of a Fabry-Perot resonator with high Q factor, an optical radiation modulator 23 - for example, an electro-optical modulator.

Устройство работает следующим образом, сигнал ошибки, представленный на ФИГ. 1, поступает с ЧФД 1 или смесителя 21 на фильтр нижних частот 2 основной схемы обратной связи, далее сигнал проходит через фильтр нижних частот 2 усиливается усилителем 3 и поступает на управляемый элемент 4, который вырабатывает частоту поступающую на фотоприемник 5, сигнал с фотоприемник 5 поступает обратно на ЧФД 1 или смеситель 21. Подаваемый на фильтр нижних частот 2 сигнал также подается на входы инвертирующего 8 и неинвертирующего 15 усилителей, где усиливаются, либо повторяются, после чего сигналы проходят через соответствующие фильтры нижних частот 9 и 16, где происходит накопление сигнала о соответствующей (положительной и отрицательной) половине сигнала ошибки. Далее сигналы содержащие информацию об интегральном уровне полуволн сигнала ошибки проходят через однополупериодные выпрямители 10 и 17 и ограничители уровней 11 и 18, соответственно. Данные ограничители корректирую сигнал сверху максимальным входным напряжением, а снизу минимально допустимым напряжением аналого-цифрового преобразователя 12 и 19. Преобразуясь из аналоговой формы в цифровую, информация об интегральном уровне сигнала каждой полуволны сигнала ошибки поступает в микроконтроллер 13, где обрабатывается по программе, приведенной в виде блок-схемы на ФИГ. 5, Фиг. 6 и ФИГ. 7. Результат обработки выводится через цифро-аналоговый преобразователь 20 и подается на усилитель 3. Результатом работы является поступательное приближение к величине, например, управляющего напряжения ГУН, когда сигнал ошибки не имеет смещения, т.е. интегральные составляющие сигнала ошибки равны.The device operates as follows, the error signal presented in FIG. 1, comes from the PSF 1 or mixer 21 to the low-pass filter 2 of the main feedback circuit, then the signal passes through the low-pass filter 2, is amplified by amplifier 3 and fed to the controlled element 4, which generates the frequency coming to the photodetector 5, the signal from the photodetector 5 arrives back to the PFD 1 or mixer 21. The signal supplied to the low-pass filter 2 is also fed to the inputs of an inverting 8 and non-inverting 15 amplifiers, where they are amplified or repeated, after which the signals pass through the corresponding filters of frequencies 9 and 16, where the signal accumulates about the corresponding (positive and negative) half of the error signal. Further, signals containing information about the integral half-wave level of the error signal pass through half-wave rectifiers 10 and 17 and limiters of levels 11 and 18, respectively. These limiters correct the signal from above with the maximum input voltage, and from below with the minimum allowable voltage of the analog-to-digital converter 12 and 19. Converting from the analog form to digital, information about the integral signal level of each half-wave of the error signal is transmitted to the microcontroller 13, where it is processed according to the program given in FIG. 5, FIG. 6 and FIG. 7. The processing result is output through the digital-to-analog converter 20 and fed to the amplifier 3. The result of the work is the translational approach to the value, for example, of the VCO control voltage when the error signal has no bias, i.e. the integral components of the error signal are equal.

Таким образом, посредством использования ЭОС с корректором обратной связи, обеспечивается расширение возможностей системы стабилизации путем применения одновременно работающего с основной системой обратной связи полностью автоматического корректора обратной связи, вырабатывающего сигнал коррекции для компенсации положения сигнала ошибки, что позволяет увеличить стабильность и долговременную работу электронных систем обратной связи лазерных и оптических систем.Thus, through the use of an EOS with a feedback corrector, the stabilization system is expanded by using a fully automatic feedback corrector that simultaneously works with the main feedback system and generates a correction signal to compensate for the position of the error signal, which makes it possible to increase the stability and long-term operation of electronic feedback systems communications of laser and optical systems.

Claims

An electronic stabilization system containing a frequency-phase detector / mixer (1), a reference frequency source (7) and a low-pass filter (2) connected to it, an amplifier (3) is connected to a low-pass filter (2), and an amplifier (3) ) a voltage-controlled generator (4) or another controlled element with a frequency output is connected, which is connected to a photodetector (5), which, in turn, is connected to a frequency-phase detector / mixer (1), characterized in that inverting (15) and non-inverting (8) amplifiers to which are connected low-pass filters (2), (9), (16), while half-wave rectifiers (10), (17) and level limiters (11), (18) connected to low-pass filters (9), (16) are connected with inputs of analog-to-digital converters (12), (19) connected to the input of a microcontroller (13), which contains a program algorithmically linking analog-to-digital converters (12), (19), a stabilization indicator (14), and a digital-to-analog converter (20) , and providing automatic search and correction of synchronism, physically one output of the microcontroller (13) is connected to an indie Ator stabilization (14) and the other output digital to analog converter (20) which is connected to an amplifier (3).