[发明专利]一种基于脉冲高度的光学相控阵驱动电路及其驱动方法

说明书

本发明公开了一种基于脉冲高度的光学相控阵(OPA驱动电路及其驱动方法，属于仪器仪表与测量技术领域，包括光学相控阵芯片、压控电流源阵列、模拟开关阵列、数模转换器阵列、MCU控制电路、同步动态随机存取内存及PC上位机；PC上位机给MCU控制电路发送脉冲所需的电压幅值数字信号，MCU控制电路将电压幅值数字信号传输给数模转换器阵列，并将转换的模拟信号加载到模拟开关阵列中，模拟开关阵列在MCU控制电路的控制下产生相同脉宽的脉冲电压信号；压控电流源阵列所产生的脉冲电流信号传入光学相控阵芯片的相位控制端实现光束扫描；本发明的驱动电路使用单片机、数模转换芯片、脉冲驱动电路和压控电流源电路可实现OPA光相位的高速控制，系统简单易实现，成本低廉。

技术领域

本发明属于仪器仪表与测量技术领域，具体涉及一种基于脉冲高度的光学相控阵(OPA驱动电路及其驱动方法。

背景技术

光学相控阵扫描系统包括由激光发射器，光学相控阵芯片，相位控制电路，MCU，上位机电脑，显光屏幕，光学CCD相机组成。激光器发射出一束脉冲激光耦合进入光学相控阵芯片，进入光学相控阵芯片后被调制为一定分布的光斑，通过相位控制电路驱动电压到光学相控阵芯片上，光斑打到遮光白板通过CCD摄像头获取，并实时显示到上位机电脑中，电脑通过控制相应算法实时改变相位驱动电压以达到改变光斑扫描位置，从而实现光束扫描。

普通机械雷达通过电机改变出射光位置，从而实现光束扫描，固态激光雷达通过光学相控阵改变发射角度，实现控制光束对不同位置进行扫描。光学相控阵技术是通过控制各个相位调制的相位差量，使得各个输出光相位差相同，从而使得各个光线在该角度上实现干涉，使其在中央位置形成一种强度较高的光束，使得其他方向实现相消。

现有的光学相控阵驱动电路都是由数模转换器和电压放大器设计的，由此设计的驱动电路，在使用上精度受数模转换芯片影响严重，精度有限，输出电压值为恒定值，受电源噪声影响严重，稳定性往往较差，存在波纹毛刺现象。并且长时间对光学相控阵芯片施加电压，波导温度持续升高，波导间出现热串扰现象，光束受温漂影响严重；同时因各波导加热时间长短不一致，各个输出光相位出现偏差，光束相干效果不佳。

发明内容

针对现有技术中存在的光学相控阵驱动电路的精度不高、波导间热串扰导致稳定性差、各波导加热时间长短不一致等问题，本发明提出了一种基于脉冲高度的光学相控阵(OPA)驱动方法与电路，通过MCU控制各路DAC输出的电压输出值和模拟开关阵列电路来实现输出不同脉冲高度的电压驱动信号，并将不同脉冲高度的电压输出信号经过压控电流源电路来达到对光学相控阵芯片的控制，脉冲高度信号可以在短时间内对芯片进行加热，在驰豫时间内完成对光学相控阵芯片内波导进行调制，避免了加热时间过长导致波导间热串扰等问题，同时等脉宽的脉冲电流信号控制对各波导的加热时间相同，产生相位更精确的相干光束。该方法充分利用MCU的集成性和灵活性，以及简单的外围电路即可实现高精度的脉冲高度电流驱动输出。

本发明通过如下技术方案实现：

一种基于脉冲高度的光学相控阵驱动电路，包括光学相控阵芯片1、压控电流源阵列2、模拟开关阵列3、数模转换器阵列4、MCU控制电路5、同步动态随机存取内存(SDRAM)6及PC上位机7；所述PC上位机7通过MCU串口驱动电路给MCU控制电路5发送脉冲所需的电压幅值数字信号，MCU控制电路5将电压幅值数字信号传输给数模转换器阵列4，然后将转换的模拟信号加载到模拟开关阵列3中，模拟开关阵列3在MCU控制电路5的控制下产生相同脉宽的脉冲电压信号；然后脉冲电压信号经过压控电流源阵列2，压控电流源阵列2所产生的脉冲电流信号传入光学相控阵芯片1的相位控制端实现光束扫描；所述SDRAM6用于暂存上位机PC7传给MCU控制电路5的数字电压信号。