基于SPCE061A的激光衍射光柵測試儀設計
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激光衍射光柵是計算機光盤驅動以及消費電子等設備中激光讀寫頭的關鍵部分。目前，專門用于測量激光衍射光柵參數(shù)的儀器還比較少見。DVD讀寫頭中用到的激光波長通常是650 nm，該設計采用650 nm的激光二極管LD(Laser Diode)作為衍射光柵源，結合高性能16位SPCE061A單片機，設計了激光衍射光柵測試儀，主要測試衍射光柵0級和1級光斑亮度和光柵透過率，以提高衍射光柵質量測試的精度和效率。
1 測試儀的工作原理
激光衍射光柵測試儀工作原理框圖如圖1所示。測試儀的硬件包括四部分：激光二極管的驅動電路、小信號采樣及放大電路、LED顯示電路和單片機的最小外圍電路。系統(tǒng)顯示部分選用2塊4位的LED，采用動態(tài)掃描方式，各用1塊分別顯示光柵的光斑亮度比和透過率。
測試原理：激光二極管驅動電路為激光二極管提供穩(wěn)定的合適的電壓電流，驅動激光二極管正常發(fā)光。光電探測器將經(jīng)光柵衍射后的光斑分別轉換成微弱的電流，該電流經(jīng)電流采樣及放大電路后得到符合A／D采樣范圍的電壓。該電壓經(jīng)A／D轉換后得到相應的數(shù)字信號，將該數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，計算出光斑亮度比以及透過率的值，最后通過LED顯示出來。同時，設置了重啟、清零、開始／保持、報警域值范圍設定等控制按鍵，以配合測試的進行。
2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 SPCE061A單片機的最小外圍電路
測試儀MCU采用高性能16位SPCE061A單片機，它具有7通道10位電壓模／數(shù)轉換器(ADC)和32個可編程的I／O口，可通過內置在線仿真電路ICE(In－Circuit Emulator)接口在線調試。SPCE061A的開發(fā)是通過在線調試器PROBE實現(xiàn)的。它既是一個編程器(即程序燒寫器)，又是一個實時在線調試器。用它可以替代在單片機應用項目的開發(fā)過程中常用的軟件工具――硬件在線實時仿真器和程序燒寫器。10位的單端ADC將GND與VREF之間的線性電壓轉換成2n個不同的數(shù)字量，即1 LSB=VREF／2n，該系統(tǒng)中1 LSB=2．5 V／1 024=2．4 mV。例如：假設從光探測器出來的電流為0．100 mA，經(jīng)10 kΩ電阻采樣后得到1 V電壓，則A／D轉換精度為2．4／1×100％=0．24％。再考慮到電流電壓轉換誤差、AD采樣誤差等，經(jīng)測試最后精度可以達到2％，基本可以滿足測試精度。
2．2 激光二極管的驅動電路
設計選用激光二極管型號為日本索尼公司的SDL6161RL，工作參數(shù)為：輸出波長為650 nm，工作電壓選用DC 5 V，閾值電流55 mA，工作電流為65 mA，出瞳功率為7 mw。激光二極管驅動電路如圖2所示。
圖2中穩(wěn)壓管采用TL431，產(chǎn)生2．5 V穩(wěn)壓后，經(jīng)過電壓跟隨器AR1、電壓調整器AR2后得到一穩(wěn)定的電壓VREF送到AR3的正輸入端。從AR3出來的電流信號經(jīng)達林頓管的放大作用產(chǎn)生足夠大的驅動電流，以達到激光二極管的工作電流需要。圖中R2=R3，AR3工作在深度負反饋狀態(tài)下，由虛短概念可知，AR3的正輸入端和負輸入端的電壓相等，即：
由于達林頓管的第一級工作在飽和狀態(tài)，則
因此只要給出合適的R6，R7，R10和R11便可得到所需的輸出電壓和電流。
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