一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法，其中，所述系统包括：数字控制器、第一DAC、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片；MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜；数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；第一DAC，用于将MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；微镜偏转驱动回路，用于将MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；MEMS微镜，用于在MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转。通过本发明专利技术提高了磁驱动模式MEMS微镜的指向控制精度。

A two dimensional MEMS micro mirror drive control system and method

The invention discloses a control system and method, a two-dimensional MEMS micro mirror driver, the system includes a digital controller, the first DAC, micro mirror drive circuit and MEMS micromirror chip; MEMS micromirror chip, including: MEMS micro mirror; digital controller is used to extract obtained from the received command deflection angle external instructions, decodes the deflection angle commands, MEMS micro mirror driven digital waveform; the first DAC for MEMS micro mirror driven digital waveform into a MEMS micro mirror driven simulation waveform; micro mirror drive circuit for MEMS micro mirror driven analog waveform, converted to MEMS micro mirror MEMS micro drive current; mirror for deflection in the MEMS driving effect of micro mirror under the driving current. The pointing control precision of the magnetic driving mode MEMS micromirror is improved by the invention.

【技术实现步骤摘要】
一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法
本专利技术属于MEMS微镜驱动
，尤其涉及一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法。
技术介绍
传统光束的二维空间扫描的方法有很多种，电光扫描、声光扫描、旋转多面镜扫描和微镜扫描等方法。其中，MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS，微机电系统)微镜是一种使用MEMS加工技术制作的微小可驱动反射镜。MEMS微镜通常在半导体硅上制作，驱动结构是微米级结构。MEMS微镜与传统系统相比，其具有重量轻、体积小及与大规模集成电路制作工艺相兼容的优点，且易于大批量生产，生产成本较低。同时，传感器、信号处理电路和微执行器的集成，可以使微弱信号的放大、校正及补偿等在同一片芯片中进行，从而不需要经过长距离传输，这样可以很大程度上抑制噪声干扰，提高输出信号品质。因此，MEMS微镜在投影显示、光纤通讯、数据存储、精密测量、医疗成像和生物技术等国防和民用领域都有着广泛的应用。目前，主流的MEMS微镜通常采用驱动方式有：磁驱动、静电驱动和热驱动等。其中，磁驱动模式MEMS微镜具有驱动电压低、驱动功耗低、驱动力大等优点，目前应用较为广泛。然而，现有的磁驱动模式MEMS微镜也存在一个问题：磁驱动模式MEMS微镜指向控制精度较低。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法，旨在提高磁驱动模式MEMS微镜的指向控制精度。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种二维MEMS微镜驱动控制系统，包括：数字控制器、第一DAC、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片；其中，所述MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜；数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；第一DAC，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；微镜偏转驱动回路，用于将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；MEMS微镜，用于在所述MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：第二DAC和微镜角度反馈测量回路；其中，所述MEMS微镜芯片，还包括：MEMS微镜角度角度传感器；数字控制器，还用于按照预定时序，生成MEMS微镜角度传感器数字驱动波形；第二DAC，用于将所述MEMS微镜角度传感器数字驱动波形转换为MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形；微镜角度反馈测量回路，用于对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行驱动；MEMS微镜角度传感器，用于在所述驱动后的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形的作用下，对所述MEMS微镜的实际偏转角度进行测量，输出测量结果。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：ADC；微镜角度反馈测量回路，还用于对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大；ADC，用于对放大后的测量结果进行模数转换，得到角度信号；以及，对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行采样，并进行模数转换，得到测量输入信号；数字控制器，还用于接收所述角度信号和测量输入信号；对所述角度信号和测量输入信号进行锁相放大处理后，输出MEMS微镜的实测偏转角度信号。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，第一DAC的精度不小于14Bit；第二DAC的精度不小于14Bit；ADC的精度不小于14Bit。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述第一DAC包括两路DAC：DAC1和DAC2；所述微镜偏转驱动回路，包括：第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、采样电阻RS和微镜等效电阻RL；其中，DAC1和DAC2，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形，控制所述MEMS微镜驱动模拟波形变化范围由单极性向双极性转换；第一运算放大器OP1，用于对DAC1的输出驱动能力进行放大；第二运算放大器OP2，用于对DAC2的输出驱动能力进行放大；微镜等效电阻RL，用于对等效MEMS微镜的驱动线圈的电阻；第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4和采样电阻RS构成电流负反馈回路，用于对流经微镜等效电阻RL的电流进行检测并进行实时负反馈放大，以使流经微镜等效电阻RL的电流稳定在设定值。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述设定值为：DAC1与DAC2的差值与微镜等效电阻RL的比值。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述微镜偏转驱动回路，还包括：补偿阻抗网络ZL和空载保护电阻R0；补偿阻抗网络ZL与微镜等效电阻RL并联，用于控制微镜等效电阻RL与补偿阻抗网络ZL的并联值为纯阻性；空载保护电阻R0，用于对所述微镜偏转驱动回路进行空载保护。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述微镜角度反馈测量回路，包括：第五运算放大器OP5、第六运算放大器OP6和模拟开关；第五运算放大器OP5通过模拟开关分别与ADC和MEMS微镜角度传感器连接；其中，第五运算放大器OP5和模拟开关，用于对第二DAC输入的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行复合调制，得到测量输入信号；第六运算放大器OP6，用于连接ADC和MEMS微镜角度传感器，对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大，并输出至ADC。在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述数字控制器，包括：数字锁相放大电路；其中，所述数字锁相放大电路，包括：信号通道、参考通道、鉴相器PSD和低通滤波LPF；信号通道，用于对所述测量输入信号进行数字滤波和增益调整处理，输出第一处理信号；参考通道，用于对所述角度信号进行增益调整和移相处理，输出第二处理信号；鉴相器PSD，用于对所述第一处理信号和第二处理信号进行鉴相处理，输出第三处理信号；低通滤波LPF，用于对所述第三处理信号进行滤波处理，输出所述实测偏转角度信号。相应的，本专利技术还公开了一种二维MEMS微镜驱动控制方法，包括：从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；根据所述MEMS微镜驱动电流，驱动MEMS微镜进行偏转。本专利技术具有以下优点：本专利技术所述的二维MEMS微镜驱动控制方案，由数字控制器实现对外部指令中的偏转角度指令的解码，得到MEMS微镜驱动数字波形，然后，基于第一DAC和微镜偏转驱动回路的处理，得到MEMS微镜驱动电流；MEMS微镜在MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转，大幅度提升了MEMS微镜指向控制的精度，对MEMS微镜驱动电流控制精度可实现亚微A的控制。附图说明图1是本专利技术实施例中一种二维MEMS微镜驱动控制系统的电路结构框图；图2是本专利技术实施例中一种微镜偏转驱动回路的电路结构示意图；图3是本专利技术实施例中一种微镜角度反馈测量回路的电路结构示意图；图4是本专利技术实施例中一种数字锁相放大电路的电路结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公共的实施方式作进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，包括：数字控制器、第一DAC、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片；其中，所述MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜；数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；第一DAC，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；微镜偏转驱动回路，用于将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；MEMS微镜，用于在所述MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转。

【技术特征摘要】
1.一种二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，包括：数字控制器、第一DAC、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片；其中，所述MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜；数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；第一DAC，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；微镜偏转驱动回路，用于将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；MEMS微镜，用于在所述MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转。2.根据权利要求1所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：第二DAC和微镜角度反馈测量回路；其中，所述MEMS微镜芯片，还包括：MEMS微镜角度角度传感器；数字控制器，还用于按照预定时序，生成MEMS微镜角度传感器数字驱动波形；第二DAC，用于将所述MEMS微镜角度传感器数字驱动波形转换为MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形；微镜角度反馈测量回路，用于对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行驱动；MEMS微镜角度传感器，用于在所述驱动后的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形的作用下，对所述MEMS微镜的实际偏转角度进行测量，输出测量结果。3.根据权利要求2所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：ADC；微镜角度反馈测量回路，还用于对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大；ADC，用于对放大后的测量结果进行模数转换，得到角度信号；以及，对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行采样，并进行模数转换，得到测量输入信号；数字控制器，还用于接收所述角度信号和测量输入信号；对所述角度信号和测量输入信号进行锁相放大处理后，输出MEMS微镜的实测偏转角度信号。4.根据权利要求3所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，第一DAC的精度不小于14Bit；第二DAC的精度不小于14Bit；ADC的精度不小于14Bit。5.根据权利要求1所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述第一DAC包括两路DAC：DAC1和DAC2；所述微镜偏转驱动回路，包括：第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、采样电阻RS和微镜等效电阻RL；其中，DAC1和DAC2，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形，控制所述MEMS微镜驱动模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志峰，张力，李建华，牛振红，束逸，孟刚，水涌涛，刘佳琪，刘鑫，刘洪艳，高路，赵巨岩，杜润乐，薛莲，薛峰，赵茜，蔡雯琳，方艺忠，尹含，张鹏，汪大鹏，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11