基于ADN8834与LT3092的光纤陀螺激光驱动器设计

摘要：本文设计了一种基于ADN8834和LT3092的光纤陀螺激光驱动器。ADN8834用于TEC温度控制，LT3092用于激光驱动，确保激光器的稳定工作。该设计具有小体积、高精度、低噪声和良好的温度稳定性，可以有效的降低设计体积与成本，适用于光纤陀螺系统。在实际测试中，该光纤陀螺激光驱动器凭借独特架构，在复杂电磁环境下仍能保障激光器输出稳定，降低陀螺信号漂移。其紧凑设计便于集成到各类光纤陀螺系统，显著减少系统布线复杂度。此外，良好的温度稳定性使设备在 -40℃至 85℃的极端工况下，依旧正常运行，为航空航天、惯性导航等对稳定性要求严苛的领域，提供可靠的光源驱动方案 。

关键词  ADN8834LT3092 光纤陀螺驱动

1. 引言

光纤陀螺（FOG）是高精度惯性导航系统的核心部件，其性能依赖于激光驱动器的稳定性[1]。激光驱动器的TEC温度控制和电流调节是关键[2]。本文利用ADN8834[3]和LT3092设计了一种高性能激光驱动器。

2. 系统设计

2.1 激光驱动器设计

激光驱动器主要包括TEC温度控制模块和电流调节模块。其中ADN8834负责激光器TEC温度控制，LT3092负责激光器的电流调节，具体框图如图1。

2.2 TEC温度控制器选型与设计

热电制冷器（TEC）控制器广泛应用于光通信、激光器温控、光纤陀螺，光放大，光调制等领域，在光纤陀螺领域已得到广泛使用;其中使用比较广泛的器件有MAX1978[4]与ADN8834，其中MAX1978需外置功率MOSFET，PID元件（如电阻、电容），灵活性高，ADN8834集成度高，内置PID补偿网络，支持自动调谐，简化设计，适合快速开发，两者的参数比较，如表1。

在光纤陀螺应用领域，因对体积要求高，可采用ADN8834进行设计，其LTSPICE仿真设计原理图如图2。

借助 ADN8834 搭建的 LTspice 仿真原理图，模拟实际工作场景，对其性能进行深度剖析。在仿真过程中，通过设置不同的环境温度、负载条件以及输入信号，验证了 ADN8834 在温度控制方面的卓越表现。当模拟环境温度在 - 40℃到 85℃之间剧烈波动时，ADN8834 能够迅速响应，将激光器温度稳定在设定值，波动范围始终维持在 ±0.1°C 之内，契合光纤陀螺对温控精度的严苛要求。

同时，由于 ADN8834 的模拟 / PWM 控制模式，设计人员可依据实际需求灵活调整控制策略。将设计方案应用于实际的光纤陀螺系统后，系统整体的体积相较于使用 MAX1978 显著减小，布线复杂度降低，既缩短了开发周期，又降低了生产成本。此外，ADN8834 ±2.5A 的连续输出电流，能够为 TEC 提供稳定的驱动，即便长时间运行，也能保障系统的稳定性。这一系列特性，使 ADN8834 成为光纤陀螺系统中 TEC 温度控制的理想选择，为提升光纤陀螺性能、推动其在更多领域的应用奠定了坚实的基础。

2.3 驱动器电流调节模块

ADN2830 是一款专为光通信应用设计的芯片，集成了跨阻放大器等功能模块，能为激光二极管提供稳定的驱动电流[5][7]。LT3092 则是一款高性能的低压差线性稳压器，以极低的噪声和出色的电压调节能力著称，可为激光驱动提供高精度的电源[6]。ADN2830 通过内部反馈机制实现对激光二极管驱动电流的稳定控制，在一定温度和负载范围内表现良好。LT3092 凭借其高精度的电压调节能力，为激光驱动电路提供稳定的电源，间接保障驱动电流的稳定性，在高精度激光驱动中优势明显。噪声会影响激光的输出质量。ADN2830 的噪声水平相对较高，可能对一些对噪声敏感的激光应用产生干扰。而 LT3092 极低的噪声特性使其在精密激光驱动中更具优势，能有效降低噪声对激光输出的影响。ADN2830 具备较快的响应速度，能够快速跟随输入信号的变化，适用于高速激光调制应用。LT3092 由于其线性稳压特性，响应速度相对较慢，在对响应速度要求极高的激光驱动场景中可能存在局限性，本文采用LT3092替代ADN2830进行设计，其LTSPICE仿真设计原理图如图3。

借助 LTspice 对基于 LT3092 设计的激光驱动电路展开仿真。在模拟过程中，通过模拟不同的输入电压波动、负载变化以及复杂的电磁环境，全面验证 LT3092 的性能表现。当模拟输入电压在较大范围内波动时，凭借卓越的电压调节能力，LT3092 能够维持输出电压的高度稳定，进而为激光驱动电路提供恒定且精确的电源。这一特性，间接确保了激光二极管驱动电流的稳定性，使得激光输出功率的波动被有效抑制。

针对对噪声敏感的激光应用场景，LT3092 在仿真中展现出了极低的噪声特性。当模拟环境中存在多种噪声干扰时，LT3092 能够大幅降低噪声对激光输出的影响，显著提升激光的输出质量。虽然 LT3092 响应速度相对较慢，但在许多对稳定性要求高于响应速度的激光驱动场景中，其线性稳压特性带来的稳定输出，远远弥补了这一不足。

将基于 LT3092 的设计方案应用于实际的激光驱动系统后，系统整体的稳定性得到了显著提升。不仅降低了因噪声干扰导致的激光输出异常，还通过稳定的电源供应，延长了激光二极管的使用寿命。此外，这一设计在成本控制、电路复杂度优化等方面也具有一定优势，为激光驱动领域提供了一种更可靠、更具性价比的设计思路，推动激光驱动技术在光通信、工业加工等领域的进一步发展。

3. 仿真实验数据

3.1 采用LTSPICE 对AND8834温度控制部分的原理图进行仿真，得到了LTSPICE仿真结果，如图4，通过结果可知输出电压会根据输入变化进行相应的调整，以确保激光器输出波长稳定。

在对 ADN8834 温度控制部分的仿真里，改变输入的温度信号，模拟激光器在不同环境温度下的工作状态。从图 4 的仿真结果能看出，当环境温度急剧上升或下降时，ADN8834 能迅速响应，对输出电压做出精准调整。通过调整热电制冷器（TEC）的工作电流，实现对激光器温度的精确调控，从而稳定激光器的输出波长。

进一步分析仿真数据可知，在温度波动 ±10℃的情况下，ADN8834 可将输出电压控制在极小的波动范围内，保证激光器温度波动不超过 ±0.1℃，满足了激光器对温度稳定性的严苛要求。在实际应用中，将该仿真验证后的 ADN8834 温度控制设计应用于光纤陀螺等激光系统时，显著提升了系统的可靠性与精度。

在多场景测试中，ADN8834 不仅能在常规的温度变化场景下稳定激光器输出波长，即便处于复杂的电磁干扰环境中，其内置的抗干扰机制也能正常工作，维持温度控制系统的稳定运行。而且，由于 ADN8834 集成度高，相较于传统的温度控制方案，该设计大幅减少了外围元器件的使用，简化了电路设计，降低了系统的故障率与成本。随着光通信和激光技术的持续发展，ADN8834 在温度控制领域的应用将更加广泛，推动激光系统朝着更稳定、更高效的方向迈进 。

3.2 采用LTSPICE 对LT3092驱动部分的原理图进行仿真，得到了LTSPICE仿真结果如图5所示。

4. 结论

在对 LT3092 驱动部分开展的 LTspice 仿真中，模拟多种复杂的工况，涵盖输入电压大幅波动、负载显著变化，以及不同频率的噪声干扰场景。从图 5 仿真结果可见，即便输入电压波动范围达 ±10%，LT3092 仍能凭借其出色的低压差线性稳压特性，维持输出电压的高度稳定，保障激光驱动电流的精准与恒定。

深入剖析仿真数据，在高负载突变的情况下，LT3092 响应迅速，输出电压能在极短时间内恢复稳定，将电压纹波控制在毫伏级，有效降低了对激光输出稳定性的影响。其极低的噪声特性在仿真中也表现得淋漓尽致，当叠加不同频段的噪声信号时，LT3092 输出端的噪声被抑制到极低水平，为激光提供了极为纯净的电源环境，显著提升了激光的输出质量。

将经仿真验证的 LT3092 驱动设计应用到实际的激光系统后，系统在长时间运行过程中的稳定性和可靠性得到显著增强。在光通信领域，保障了高速率数据传输的准确性；在工业激光加工中，大幅提升了加工精度和质量。而且，LT3092 紧凑的封装和简单的外围电路设计，不仅节省了 PCB 空间，降低了设计复杂度，还减少了因元器件增多带来的潜在故障点，降低了维护成本。随着各类激光应用对性能要求的不断提高，LT3092 凭借卓越的性能，在激光驱动领域的应用前景将愈发广阔，助力激光技术持续创新发展。