背景介紹

1、激光陀螺的原理和應用領域：

激光陀螺是一種基于Sagnac效應的光機電一體化的高精度角速率傳感器，根據應用場景不同，分為大型激光陀螺和小型激光陀螺。

大型激光陀螺主要用于監測地球參數的大型傳感器，用于測地學、旋轉地震學、基礎物理等基礎科學的研究。

2、激光陀螺的系統組成如下：

激光陀螺儀構成主體分為四部分：激光陀螺光學模塊，電學模塊，高壓電源供電模塊以及通信模塊。其中，激光陀螺光學模塊由偏頻機構、點火機構、環形激光器、腔長調節機構、合光棱鏡、光電二極管等組成。電學模塊包括前置放大電路、信號解調電路、穩頻電路等，前置放大電路由模擬放大器實現對光電二極管輸出微弱電信號的放大，穩頻電路為解決激光器輸出腔體中心頻率隨溫度發生頻移的問題，信號解調電路由AD，以及數字信號處理算法等實現。高壓電源為點火機構提供高壓供電。最后，角度數據通過通信接口輸出給其他模塊的數據交互。其工作原理框圖如下所示：

圖 激光陀螺工作原理框圖

3、激光陀螺的信號處理關鍵器件：

激光陀螺硬件系統上主要包括激光陀螺傳感器、互阻放大器、比較器、電平轉換器、數字隔離器、耦合器和信號處理器。

圖 激光陀螺信號處理系統框圖

基于億海神針系列FPGA應用案例（一）

激光陀螺的數字信號處理與角度解調

在激光陀螺系統中，可以使用FPGA實現區分激光陀螺的正反轉、輸出脈沖計數、倍頻，使用FPGA實現倍頻、濾波以提高激光陀螺測量精度。同時，FPGA也可以使用一定的算法解決系統的溫漂、校準問題。在FPGA內部也可以實現為激光陀螺的測量數據與其他模組、系統的交互，常使用RS485、RS422、RS232等傳輸協議。

中科億海微億海神針系列FPGA，邏輯資源覆蓋9K~130K，可以用于實現激光陀螺的信號處理，角度解調以及數據角度傳輸等功能。

優勢：

1、 FPGA的并行處理能力可以提高激光陀螺信號的處理，角速度解調和傳輸的實時性；2 、FPGA內部豐富的邏輯資源以及良好的溫度特性、功耗等級可以滿足激光陀螺在不同的工作環境下的高精度測量。

推薦器件

億海神針系列EQ6HL45型、EQ6HL45S F1型、EQ6HL45S M1型

根據實際系統而定，如果有已選定的AD/DA器件，推薦使用EQ6HL45型，EQ6HL45S F1型（內部集成flash）器件。如果有更高的集成化要求推薦EQ6HL45S M1型器件，將三路AD/DA、flash、RS422以及兩路差分運放等集成到一個芯片中，集成度更高，性能更好，有利于產品的小型化。

1、EQ6HL45型FPGA

邏輯規模（萬門）：425；

存儲單元（M4K）：392；

鎖相環PLL/全局時鐘：8/16；

最大可編程用戶I/O：232；

最寬溫度范圍：-55℃~125℃；

封裝形式：CSG225/FTG256/CSG324。

2、EQ6HL45S F1型系統級芯片

邏輯規模（萬門）：425；

存儲單元（M4K）：392；

鎖相環PLL/全局時鐘：8/16；

最大可編程用戶I/O：152；

最寬溫度范圍：-55℃~125℃；

Flash：32Mb；

封裝形式：CSG225。

3、EQ6HL45S M1型系統級芯片

邏輯規模（萬門）：425；

存儲單元（M4K）：392；

鎖相環PLL/全局時鐘：8/16；

最大可編程用戶I/O：127；

最寬溫度范圍：-40℃~100℃；

Flash：64Mb；

封裝形式：CSG400；

ADC參數：

3通道；模擬信號輸入范圍1Vp-p~2Vp-p；最高更新頻率80MSPS；轉換精度14位。

DAC參數：

3通道；差分電流輸出2mA到20mA；最高更新頻率125MSPS；轉換精度14位。