具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

采用高精度数控恒流源驱动NTC和数字电位器组成的测温电桥，提高温度采样分辨率，数字电位器能够方便的设定工作温度，使用全差分仪表放大器，抑制共模噪声;使用高精度ADC，基于模拟、数字相结合的，本发明极大简化了用于精密测量领域的VCSEL激光器温度控制电路，减少了CPT温控电路的体积和功耗，利用该温控电路对激光管进行控温，可以把激光管的温度误差控制在±1mK的范围内,有助于提高精密测量系统的短期稳定性和长期稳定性。基于这种思想，本发明实施例提供了一种VCSEL激光器温度控制方法，参见图1，该方法包括：将热敏电阻及数字电位器分别与全差分仪表放大电路相连，将温度差分信号输入到模数转换器并初始化电路；根据VCSEL激光器目标工作温度设定数字电位器的阻值，根据集成数控恒流源输出电流设定寄存器值，采用集成数控恒流源控制热敏电阻及数字电位器；热敏电阻和数字电位器构成电桥电路，采用电桥电路得到温度误差数字信号，根据温度误差数字信号确定控制步长及控制量；根据控制步长及控制量，控制集成数控恒流源输出第一电流驱动半导体制冷器进行温控。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制方法，在所述控制集成数控恒流源输出第一电流驱动半导体制冷器进行温控之后，还包括：若改变VCSEL激光器的工作温度范围，则通过改变数字电位器的阻值并调整集成数控恒流源输出的第三电流，改变VCSEL激光器的工作温度的数值。具体地，当需要大范围（如从40摄氏度到70摄氏度）改变VCSEL工作温度时，通过改变数字电位器的阻值和微调集成数控恒流源输出第三电流I3的值来精确改变温度设定点的大小。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制方法，所述将热敏电阻及数字电位器分别与全差分仪表放大电路相连，包括：将热敏电阻及数字电位器分别与全差分仪表放大电路的第二电阻和第三电阻相连；其中，数字电位器的电阻为第一电阻。具体地，将封装在激光器内部的NTC热敏电阻和提供温度参考的数字电位器R1分别与全差分仪表放大电路的第二电阻R2、第三电阻R3相连，全差分仪表放大电路（即信号调理模块）将温度差分信号输入到精密无混叠ADC（即模数转换模块），启动电路初始化。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制方法，所述采用集成数控恒流源控制热敏电阻，包括：采用集成数控恒流源输出的第二电流驱动热敏电阻。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制方法，所述采用集成数控恒流源控制数字电位器，包括：采用集成数控恒流源输出的第三电流驱动数字电位器。

基于上述方法实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制方法，所述采用电桥电路得到温度误差数字信号，包括：采用电桥电路将温度误差转换为误差电压信号，模数转换器将误差电压信号转换为温度误差数字信号。

具体地，主控模块根据VCSEL激光器目标工作温度通过IO10设定数字电位器阻值，主控模块通过SPI接口写入集成数控恒流源输出电流设定寄存器值；初始状态时等待环境温度达到稳态；集成数控恒流源输出第二电流I2驱动NTC热敏电阻，集成数控恒流源输出第三电流I3驱动数字电位器R1，考虑到电阻的热效应，驱动电流不超过2mA；釆用热敏电阻（温度系数为负值）和数字电位器构成简化的电桥电路，通过电桥将温度误差转换为误差电压信号，主控模块通过精密无混叠ADC（即模数转换模块）的SPI接口获取温度误差数字信号。通过集成数控恒流源的SPI接口控制集成数控恒流源输出第一电流I1驱动TEC（半导体制冷器）控温；作为时频精密测量系统一般包含两个温控电路，分别是的VCSEL激光器温控和时频精密测量物理系统的温控，VCSEL激光器放置于时频精密测量物理系统内部，时频精密测量物理系统工作温度高于VCSEL激光器的工作温度，因此采用VCSEL激光器的内置TEC对VCSEL激光管进行单向制冷控温，同时简化了物理系统和控温电路的设计，减小了电路体积和功耗。

本发明实施例提供的VCSEL激光器温度控制方法，通过设定数字电位器的阻值，采用集成数控恒流源控制热敏电阻及数字电位器，热敏电阻和数字电位器构成电桥电路，采用电桥电路得到温度误差数字信号，根据温度误差数字信号确定控制步长及控制量，根据控制步长及控制量，控制半导体制冷器实现对VCSEL激光器的温控，可以有效简化电路复杂度，提高温度采样分辨率，拓宽温度调节的范围，增强了激光波长的稳定性。

本发明实施例提供了一种VCSEL激光器温度控制系统，参见图4，该系统包括：温度传感模块，用于采集VCSEL激光器的温度信号；信号调理模块，用于提高采集到的VCSEL激光器的温度信号的信噪比，抑制VCSEL激光器的温度信号的共模噪声；模数转换模块，用于将误差电压信号转换为温度误差数字信号；VCSEL激光器，用于产生温度信号；主控模块，用于接收温度误差数字信号并确定控制步长及控制量；集成数控恒流源，用于驱动热敏电阻、数字电位器及半导体制冷器。其中，数字电位器用于设定VCSEL激光器的工作温度，并与热敏电阻共同构成电桥电路。

VCSEL激光器温度控制系统的具体电路构成可以参见图5，集成数控恒流源由供电输入、串行SPI接口和三通道恒流源组成，集成数控恒流源第1脚接电源5V供电，第2脚接信号地，第3脚为恒流源通道1输出out1接激光器第1脚，集成数控恒流源第4脚输出电流I2接激光器3脚，集成数控恒流源第5脚输出电流I3接数字电位器1脚，集成数控恒流源第6脚SDO接主控芯片IO1, 集成数控恒流源第7脚SDI接主控芯片IO2,集成数控恒流源第8脚SCK接主控芯片IO3,集成数控恒流源第9脚CS接主控芯片IO4。激光器由TEC半导体制冷器和NTC热敏电阻组成，其中激光器（VCSEL）的第1脚连接集成数控恒流源第3脚，接受电流I1, 激光器的第3脚连接集成数控恒流源第4脚，接受电流I2,激光器的第2脚接地，激光器的第4脚接地。数字电位器R1第1脚与第3电阻R3相连，第3电阻R3的另一脚接全差分仪表放大器的同相输入端相连，数字电位器的第3脚接主控芯片IO10，数字电位器的第2脚接地。全差分仪表放大电路包括全差分仪表放大器IA、第2电阻R2、第3电阻R3、第4电阻R4、第5电阻R5、第6电阻R6、第7电阻R7、第1电容C1、第2电容C2、第3电容C3；全差分仪表放大器IA的反相输入端接第2电阻R2和第4电阻R4的公共端，全差分仪表放大器IA的同相输入端接第3电阻R3和第6电阻R6的公共端，第4电阻R4的另一端接第5电阻R5，第6电阻R6的另一端接第7电阻R7，第5电阻R5的另一端接第1电容C1和第2电容C2的公共端，第1电容C1和第2电容C2的公共端还与精密无混叠ADC的Ain+相连，第7电阻R7的另一端接第2电容C2和第3电容C3的公共端，第2电容C2和第3电容C3的公共端还与精密无混叠ADC的Ain-脚相连，第3电容C3的另一端接地，第1电容C1的另一端接地；模数转换模块（在另一实施例中，可以为精密无混叠ADC）主要包括模拟数字解调和串形SPI接口, 其第1脚接第5电阻R5和第1电容C1的公共端，第2脚接第7电阻R7和第3电容C3的公共端，第3脚接DIN接主控芯片IO9，第4脚接DOUT接主控芯片IO8，第5脚接SCLK接主控芯片IO7，第6脚接DRDY接主控芯片IO6，第7脚接CS接主控芯片IO5。

本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种VCSEL激光器温度控制装置，该装置用于执行上述方法实施例中的VCSEL激光器温度控制方法。参见图2，该装置包括：第一主模块，用于将热敏电阻及数字电位器分别与全差分仪表放大电路相连，将温度差分信号输入到模数转换器并初始化电路；第二主模块，用于根据VCSEL激光器目标工作温度设定数字电位器的阻值，根据集成数控恒流源输出电流设定寄存器值，采用集成数控恒流源控制热敏电阻及数字电位器；第三主模块，用于热敏电阻和数字电位器构成电桥电路，采用电桥电路得到温度误差数字信号，根据温度误差数字信号确定控制步长及控制量；第四主模块，用于根据控制步长及控制量，控制集成数控恒流源输出第一电流驱动半导体制冷器进行温控。

本发明实施例提供的VCSEL激光器温度控制装置，采用图2中的若干模块，通过设定数字电位器的阻值，采用集成数控恒流源控制热敏电阻及数字电位器，热敏电阻和数字电位器构成电桥电路，采用电桥电路得到温度误差数字信号，根据温度误差数字信号确定控制步长及控制量，根据控制步长及控制量，控制半导体制冷器实现对VCSEL激光器的温控，可以有效简化电路复杂度，提高温度采样分辨率，拓宽温度调节的范围，增强了激光波长的稳定性。

需要说明的是，本发明提供的装置实施例中的装置，除了可以用于实现上述方法实施例中的方法外，还可以用于实现本发明提供的其他方法实施例中的方法，区别仅仅在于设置相应的功能模块，其原理与本发明提供的上述装置实施例的原理基本相同，只要本领域技术人员在上述装置实施例的基础上，参考其他方法实施例中的具体技术方案，通过组合技术特征获得相应的技术手段，以及由这些技术手段构成的技术方案，在保证技术方案具备实用性的前提下，就可以对上述装置实施例中的装置进行改进，从而得到相应的装置类实施例，用于实现其他方法类实施例中的方法。例如：

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制装置，还包括：第一子模块，用于实现在所述控制集成数控恒流源输出第一电流驱动半导体制冷器进行温控之后，还包括：若改变VCSEL激光器的工作温度范围，则通过改变数字电位器的阻值并调整集成数控恒流源输出的第三电流，改变VCSEL激光器的工作温度的数值。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制装置，还包括：第二子模块，用于实现所述将热敏电阻及数字电位器分别与全差分仪表放大电路相连，包括：将热敏电阻及数字电位器分别与全差分仪表放大电路的第二电阻和第三电阻相连；其中，数字电位器的电阻为第一电阻。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制装置，还包括：第三子模块，用于实现所述采用集成数控恒流源控制热敏电阻，包括：采用集成数控恒流源输出的第二电流驱动热敏电阻。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制装置，还包括：第四子模块，用于实现所述采用集成数控恒流源控制数字电位器，包括：采用集成数控恒流源输出的第三电流驱动数字电位器。

基于上述装置实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的VCSEL激光器温度控制装置，还包括：第五子模块，用于实现所述采用电桥电路得到温度误差数字信号，包括：采用电桥电路将温度误差转换为误差电压信号，模数转换器将误差电压信号转换为温度误差数字信号。

本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图3所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以执行前述各个方法实施例提供的方法的全部或部分步骤。

此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个方法实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。