一种自适应的光学相控阵光相位控制电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应的光学相控阵光相位控制电路及其控制方法，自适应的光学相控阵光相位控制电路包括氮化硅光波导相控阵芯片、相位控制电路、红外CMOS相机、PC电脑，所述相位控制电路、红外CMOS相机都与PC电脑电性连接，所述氮化硅光波导相控阵芯片与红外CMOS相机电性连接。本发明专利技术可以方便地接受来自PC电脑的数据流，可移植性和可更改性强，开发周期短，采用红外CMOS相机作输出光远场图像测量装置相较CCD相机功耗更低，帧率更高，使用PC中MATLAB软件做光强数据读取和分析及串口数据流的生成比较易于实现，降低了开发周期。降低了开发周期。降低了开发周期。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应的光学相控阵光相位控制电路及其控制方法


[0001]本专利技术属于光电子
，具体涉及一种自适应的光学相控阵光相位控制电路及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着光电材料与技术的飞速发展，采用光学相控阵(OPA)技术的全固态激光雷达越来越多。因为发射和接受的电磁波是光波因此波长要短得多，这意味着激光雷达将具有比传统微波雷达更好的角分辨率，这使得激光雷达可以应用在自动驾驶、农业测绘、河流调查、污染建模、考古建筑等领域。光学相控阵传统上使用液晶或铌酸锂晶体、砷化镓晶体、钽酸锂晶体等电光晶体材料利用电光效应进行相位调制。伴随着半导体工艺的进步和光电子集成技术的发展，光波导相控阵成为了近年的研究热点，其具有兼容CMOS工艺、扫描速度快、驱动电压低、扫描角度范围大、体积小便于大规模硅光子集成等特点，使得光波导在光学相控阵领域显示出巨大的发展潜力。硅基的光学相控阵(OPA)还可以和驱动电路集成在一块芯片上，具有体积小、集成度高、功耗低等优点。
[0003]通过对OPA进行相位调制即可实现光束的横向转向乃至扫描，由于工艺误差初始光束并不是完全干涉的，因此需要红外CMOS相机和PC作为反馈回路进行相位调制校准以提高旁瓣抑制比。目前国内外对OPA的相位控制多采用集成电路实现，该方法成本高、通用性差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的成本高、通用性差、扫描速度慢等问题，提供一种自适应的光学相控阵光相位控制电路及其控制方法，即实现光束的高速扫描和自适应初始相位校准，该系统使用现有产品和器件实现，成本低、扩展性强、通用性好。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种自适应的光学相控阵光相位控制电路，包括氮化硅光波导相控阵芯片、相位控制电路、红外CMOS相机、PC电脑，所述相位控制电路、红外CMOS相机都与PC电脑电性连接，所述氮化硅光波导相控阵芯片与红外CMOS相机电性连接。
[0007]作为优选，所述相位控制电路包括FPGA电路模块、RS232串口通信模块、提供48路独立可调电压源的数模转换模块、USB转串口模块，所述USB转串口模块通过RS232串口通信模块与FPGA电路模块电性连接，所述FPGA电路模块与提供48路独立可调电压源的数模转换模块电性连接。
[0008]作为优选，FPGA电路模块由XC7Z020CLG484
‑
2芯片、外部50MHz晶振、用于存储系统启动镜像的FLASH芯片模块、JTAG下载调试电路、供电电源、两路扩展IO口组成，所述外部50MHz晶振、用于存储系统启动镜像的FLASH芯片模块、JTAG下载调试电路、供电电源、两路扩展IO口都与XC7Z020CLG484
‑
2芯片电性连接。
[0009]作为优选，用于存储系统启动镜像的FLASH芯片模块包括串口接收控制器、数据转
换器、数模转换控制器，所述串口接收控制器通过数据转换器与数模转换控制器电性连接。
[0010]作为优选，RS232串口通信模块由用于连接USB转串口线的DB9串口公座、USB转串口线、基于MAX3232芯片的电平转换电路、用于连接FPGA电路模块的40阵排母构成，所述USB转串口线由USB公头、基于CH430芯片的USB转串口电路和DB9串口母座构成。
[0011]作为优选，提供48路独立可调电压源的数模转换模块由3个16路独立的可调电压源组成。
[0012]作为优选，可调电压源由3片LTC2668组成。
[0013]一种自适应的光学相控阵光相位控制电路的控制方法，包括如下步骤：
[0014]步骤1：FPGA电路模块通过串口通信模块从PC电脑接收48路独立可调电压源的下一电压值；
[0015]步骤2：通过串口接收控制器、数据转换器生成48路独立可调电压源的控制字，
[0016]步骤3：通过数模转换模块控制器将48路独立可调电压源的控制字加载到提供48路独立可调电压源的数模转换模块中；
[0017]步骤4：48路独立可调电压源的数模转换模块输出48路输出电压，然后加载到氮化硅光波导相控阵芯片的移相器上，从而实现OPA的相位调制；
[0018]步骤5：红外CMOS相机测量OPA的远场图像并把二维光强数据传送给PC电脑，同时红外CMOS相机接收氮化硅光波导相控阵芯片的数据并传送给PC电脑，然后PC电脑利用MATLAB软件进行数据分析和48路独立可调电压源的下一电压值生成，即可实现OPA输出光束的初始相位校准和扫描。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020]1、RS232串口通信模块使用基于MAX3232芯片的电平转换电路和基于CH430芯片的USB转串口电路，因此只需在FPGA中实现串口接收控制器电路就可以方便地接受来自PC电脑的数据流；
[0021]2、控制电路的数据转换器全部使用FPGA内部的PL资源实现，可移植性和可更改性强，开发周期短；
[0022]3、三片LTC2668并行工作，所有通道电压可同时变化且建立时间短，输出电压精度高相对误差小，输出电流带载能力也满足受控OPA的需求，可实现对OPA相位的精确控制；
[0023]4、光相位控制电路全部使用现有的芯片在PCB板上搭建出电路模块来实现，硬件电路可更改性强，成本较低，开发周期较短；
[0024]5、采用红外CMOS相机作输出光远场图像测量装置相较CCD相机功耗更低，帧率更高；
[0025]6、使用PC中MATLAB软件做光强数据读取和分析及串口数据流的生成比较易于实现，降低了开发周期。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的系统框图；
[0027]图2为用于存储系统启动镜像的FLASH芯片模块的模块连接图；
[0028]图3为本专利技术的原理示意图；
[0029]图4为本专利技术的OPA光相位控制原理；
[0030]图5为USB转串口线的原理图；
[0031]图6为RS232串口通信模块原理图；
[0032]图7为串口传输一个数据帧的时序图；
[0033]图8为串口接收控制器的原理图；
[0034]图9为实现串口接收控制器的流程图；
[0035]图10为数据转换器的原理图；
[0036]图11为数模转换器模块上一片LTC2668的原理图；
[0037]图12为数模转换控制器原理图；
[0038]图13为LTC2668的SPI接口控制字写入时序图；
[0039]图14为对DAC的一个通道执行写入操作的状态机；
[0040]图15为对一片DAC芯片所有通道依次执行写入操作的时序图；
[0041]图16为运用模式搜索法对光学相控阵输出光束的初始相位校准算法流程图。
具体实施方式
[0042]下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案作进一步说明：
[0043]如图1、图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应的光学相控阵光相位控制电路，其特征在于，包括氮化硅光波导相控阵芯片(1)、相位控制电路(2)、红外CMOS相机(3)、PC电脑(4)，所述相位控制电路(2)、红外CMOS相机(3)都与PC电脑(4)电性连接，所述氮化硅光波导相控阵芯片(1)与红外CMOS相机(3)电性连接。2.根据权利要求1所述一种自适应的光学相控阵光相位控制电路，其特征在于，所述相位控制电路(2)包括FPGA电路模块(5)、RS232串口通信模块(6)、提供48路独立可调电压源的数模转换模块(7)、USB转串口模块(17)，所述USB转串口模块(17)通过RS232串口通信模块(6)与FPGA电路模块(5)电性连接，所述FPGA电路模块(5)与提供48路独立可调电压源的数模转换模块(7)电性连接。3.根据权利要求2所述一种自适应的光学相控阵光相位控制电路，其特征在于，所述FPGA电路模块(5)由XC7Z020CLG484
‑
2芯片(8)、外部50MHz晶振(9)、用于存储系统启动镜像的FLASH芯片模块(10)、JTAG下载调试电路(11)、供电电源(12)、两路扩展IO口(13)组成，所述外部50MHz晶振(9)、用于存储系统启动镜像的FLASH芯片模块(10)、JTAG下载调试电路(11)、供电电源(12)、两路扩展IO口(13)都与XC7Z020CLG484
‑
2芯片(8)电性连接。4.根据权利要求3所述一种自适应的光学相控阵光相位控制电路，其特征在于，所述用于存储系统启动镜像的FLASH芯片模块(10)包括串口接收控制器(14)、数据转换器(15)、数模转换控制器(16)，所述串口接收控制器(14)通过数据转换器(15)与数模转换控制器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨定鑫，张彦峰，金运姜，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：