基于SPCE061A的激光衍射光栅测试仪设计

O 引 言

激光衍射光栅是计算机光盘驱动以及消费电子等设备中激光读写头的关键部分。目前，专门用于测量激光衍射光栅参数的仪器还比较少见。DVD读写头中用到的激光波长通常是650 nm，该设计采用650 nm的激光二极管LD(Laser　Diode)作为衍射光栅源，结合高性能16位SPCE061A单片机，设计了激光衍射光栅测试仪，主要测试衍射光栅0级和1级光斑亮度和光栅透过率，以提高衍射光栅质量测试的精度和效率。

1 测试仪的工作原理

激光衍射光栅测试仪工作原理框图如图1所示。测试仪的硬件包括四部分：激光二极管的驱动电路、小信号采样及放大电路、LED显示电路和单片机的最小外围电路。系统显示部分选用2块4位的LED，采用动态扫描方式，各用1块分别显示光栅的光斑亮度比和透过率。

测试原理：激光二极管驱动电路为激光二极管提供稳定的合适的电压电流，驱动激光二极管正常发光。光电探测器将经光栅衍射后的光斑分别转换成微弱的电流，该电流经电流采样及放大电路后得到符合A／D采样范围的电压。该电压经A／D转换后得到相应的数字信号，将该数字信号进行数据处理，计算出光斑亮度比以及透过率的值，最后通过LED显示出来。同时，设置了重启、清零、开始／保持、报警域值范围设定等控制按键，以配合测试的进行。

2 系统硬件设计

2．1 SPCE061A单片机的最小外围电路

测试仪MCU采用高性能16位SPCE061A单片机，它具有7通道10位电压模／数转换器(ADC)和32个可编程的I／O口，可通过内置在线仿真电路ICE(In－Circuit Emulator)接口在线调试。SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE实现的。它既是一个编程器(即程序烧写器)，又是一个实时在线调试器。用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具——硬件在线实时仿真器和程序烧写器。10位的单端ADC将GND与VREF之间的线性电压转换成2n个不同的数字量，即1 LSB=VREF／2n，该系统中1 LSB=2．5 V／1 024=2．4 mV。例如：假设从光探测器出来的电流为0．100 mA，经10 kΩ电阻采样后得到1 V电压，则A／D转换精度为2．4／1×100％=0．24％。再考虑到电流电压转换误差、AD采样误差等，经测试最后精度可以达到2％，基本可以满足测试精度。

2．2 激光二极管的驱动电路

设计选用激光二极管型号为日本索尼公司的SDL6161RL，工作参数为：输出波长为650 nm，工作电压选用DC 5 V，阈值电流55 mA，工作电流为65 mA，出瞳功率为7 mw。激光二极管驱动电路如图2所示。

图2中稳压管采用TL431，产生2．5 V稳压后，经过电压跟随器AR1、电压调整器AR2后得到一稳定的电压VREF送到AR3的正输入端。从AR3出来的电流信号经达林顿管的放大作用产生足够大的驱动电流，以达到激光二极管的工作电流需要。图中R2=R3，AR3工作在深度负反馈状态下，由虚短概念可知，AR3的正输入端和负输入端的电压相等，即：

由于达林顿管的第一级工作在饱和状态，则

因此只要给出合适的R6，R7，R10和R11便可得到所需的输出电压和电流。

作者：杨明堂   来源：现代电子技术