基于FPGA的二維PSD信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張?zhí)煊睢≠Z方秀　周強(qiáng)　李浩

摘要：為實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光斑位置坐標(biāo)的精確測(cè)量，設(shè)計(jì)以FPGA為核心的二維PSD信號(hào)處理系統(tǒng)。針對(duì)窄脈沖激光照射下前置放大放電路，建立相應(yīng)等效噪聲模型，引入頻率對(duì)電路輸出電壓噪聲的影響得到提高電路分辨率措施。搭建自動(dòng)增益控制電路，并結(jié)合FPGA給出的相應(yīng)增益控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)幅值大動(dòng)態(tài)范圍變化的光電流合理放大。設(shè)計(jì)峰值脈沖檢測(cè)電路實(shí)現(xiàn)窄脈沖信號(hào)峰值的準(zhǔn)確測(cè)量，其測(cè)量誤差小于3%。通過(guò)FPGA設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)A/D芯片模式配置和數(shù)據(jù)讀取，并搭建相應(yīng)坐標(biāo)解算模塊和串口模塊，實(shí)現(xiàn)入射光斑坐標(biāo)的解算與傳輸。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)測(cè)量非線性度小于10μm，測(cè)量精度高。

關(guān)鍵詞：位置敏感探測(cè)器;窄脈沖信號(hào)處理;自動(dòng)增益控制電路;峰值檢測(cè)電路;FPGA

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2019）08-0135-05

收稿日期：2018-07-17;收到修改稿日期：2018-08-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（61201391）

作者簡(jiǎn)介：張?zhí)煊睿?994-），男，山東德州市人，碩士研究生，專(zhuān)業(yè)方向?yàn)闄C(jī)械電子。

0 引言

位置敏感探測(cè)器（PSD）因其響應(yīng)速度快，無(wú)死區(qū)，位置輸出信號(hào)只與入射光的重心位置有關(guān)，對(duì)光斑形狀無(wú)嚴(yán)格要求[1]等優(yōu)點(diǎn)特別適用于位移、距離、滾轉(zhuǎn)角等高精度非接觸快速測(cè)量[2-4]。而PSD信號(hào)處理系統(tǒng)性能好壞直接影響最終測(cè)量精度。江孝國(guó)等[5]建立PSD等效噪聲模型并進(jìn)行測(cè)試分析，給出光電流與位置分辨率之間的關(guān)系。劉媛等[6]對(duì)轉(zhuǎn)換電路各環(huán)節(jié)進(jìn)行敏感性分析，得出了元器件性能參數(shù)對(duì)電路噪聲的影響規(guī)律。……