1    變形鏡驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)模塊的硬件設(shè)計(jì)

一套變形鏡驅(qū)動(dòng)器內(nèi)含 6 塊驅(qū)動(dòng)模塊，每塊驅(qū)動(dòng)模 塊都掛在 CPCI 總線上 ，其設(shè)計(jì)電路及運(yùn)行程序完全 一致，不同之處，在于系統(tǒng)上電后，每塊驅(qū)動(dòng)模塊讀取 CPCI 底板上靠近本模塊的拔碼開關(guān)，用此作為自己的 ID 號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)自己。所有驅(qū)動(dòng)模塊的硬件框架如圖 2 所 示，其主要框架包括 4 個(gè)部分，分別為電源部分、接口部 分、D/A 轉(zhuǎn)換及放大部分和 FPGA 部分，其中電源部分包 括來(lái)自CPCI總線的 4 組電源，其中 15 V，-15 V兩組電源 作為驅(qū)動(dòng)模塊 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的工作電壓，150 V，-50 V 兩組電源作為末級(jí)放大器的供電電源。15 V 電源經(jīng)過(guò)

不同的電壓轉(zhuǎn)換芯片給 FPGA 及其他接口芯片供電，接 口部分包括接收來(lái)自 CPCI 物理總線的輸入接口以及發(fā) 往 CPCI 物理總線的輸出接口，A/D 轉(zhuǎn)換及放大部分主 要實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自對(duì)驅(qū)動(dòng)矢量或者單通道指令的數(shù)字信號(hào) 進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換及放大，F(xiàn)PGA 部分實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模塊工作 流程的控制，完成驅(qū)動(dòng)模塊經(jīng)由控制模塊與上位機(jī)的通 信，以及控制各通道的輸出電壓對(duì)變形鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。對(duì) 于電源部分，15 V，-15 V，150 V，-50 V 經(jīng)過(guò)濾波以及 瞬態(tài)過(guò)沖抑制保護(hù)電路后，分別作為 D/A 轉(zhuǎn)換芯片、隔 離電路和末級(jí)模擬信號(hào)放大器的工作電源，15 V 電源 再經(jīng)過(guò)兩片 LMZ14201 電壓轉(zhuǎn)換芯片，分別輸出 5.0 V 和 3.3 V 電壓，5.0 V 電壓作為通過(guò) CPCI 物理總線負(fù)責(zé) 與控制模塊通信的 RS 485 接口芯片的工作電壓，3.3 V 電 壓 作 為 模 塊 中 FPGA 的 I/O 電 壓 和 NIOS 所 需 的 SDRAM 等其他接口芯片的工作電壓，其經(jīng)過(guò) NCP5661? 1.2 芯片輸出 1.2 V 的電壓用來(lái)作為 FPGA 的內(nèi)核電壓， 圖 3 給出了 3.3 V 電壓的設(shè)計(jì)原理圖。

作時(shí)，控制模塊首先接收來(lái)自于上位機(jī)或圖像處理板卡 的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)矢量，并發(fā)往所有掛在 CPCI 總線上的驅(qū)動(dòng) 模塊，每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)各自的地址，提取屬于自己的 驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換和放大，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電壓的輸出， 協(xié)同完成對(duì) 96 單元變形鏡的驅(qū)動(dòng)。

具體來(lái)說(shuō)，其中的總線電路板相當(dāng)于整個(gè)變形鏡驅(qū) 動(dòng)器的主板，其提供了整個(gè)變形鏡驅(qū)動(dòng)器基本的 CPCI 總線，電源模塊正是通過(guò) CPCI 物理總線為變形鏡驅(qū)動(dòng) 器的控制模塊、圖像處理模塊和六塊驅(qū)動(dòng)模塊供電，控 制模塊、圖像處理模塊和六塊驅(qū)動(dòng)模塊之間的控制信 號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)以及反饋信號(hào)也是通過(guò)該 CPCI 總線實(shí)現(xiàn) 互聯(lián)。其中的電源模塊采用一款成熟的商業(yè)化電源模 塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，其有四組輸出端子，分別輸出 150 V，-50 V， 15 V，-15 V 四種電壓，其中 150 V 和-50 V 為六塊驅(qū)動(dòng) 模塊內(nèi)部的末級(jí)高壓放大器提供正、負(fù)電源，15 V 電源 通過(guò) CPCI 物理總線為控制模塊、圖像處理模塊和六塊 驅(qū)動(dòng)模塊提供工作電源，-15 V 結(jié)合 15 V 為驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi) 含的前級(jí)放大器提供負(fù)、正電源；其中的圖像處理模塊 對(duì)圖像數(shù)據(jù)處理完成后，得出一組驅(qū)動(dòng)變形鏡所需的 電壓驅(qū)動(dòng)矢量數(shù)據(jù) ，并通過(guò) CPCI 總線發(fā)送到控制模 塊，再經(jīng)過(guò)控制模塊的處理，發(fā)送到驅(qū)動(dòng)模塊，最終通 過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊的輸出電壓控制變形鏡的形變，實(shí)現(xiàn)光束 質(zhì)量的控制。

接口部分的設(shè)計(jì)分為三個(gè)部分，即來(lái)自 CPCI 總線 的輸入接口、發(fā)往 CPCI 總線的輸出接口和面板接口，其 中輸入接口是指并行總線設(shè)計(jì)，它是采用全硬件方式， 以差分信號(hào)方式接收經(jīng)由 CPCI 總線，來(lái)自控制模塊發(fā) 送過(guò)來(lái)的驅(qū)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)，并把這些驅(qū)動(dòng)矢量數(shù)據(jù)發(fā)往 FPGA，此功能主要由 DS91M040 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路設(shè)計(jì) 上，與 RS 485 總線設(shè)計(jì)一致，即 DS91M040 的單端信號(hào)， 包括數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)接入 FPGA，其 4 對(duì)差分信號(hào) 均接到 CPCI 總線上，從而提高總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群?可靠性，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議自行制定，圖 4 僅給出總線電路

的設(shè)計(jì)。

輸出端，連接到 CPCI 物理總線作為輸出端子，其輸出 電壓在-20~150 V 之間，每個(gè)端子對(duì)應(yīng)變形鏡的一個(gè)陶 瓷單元。CPCI 物理總線上還包含 RS 485 總線的 I/O 設(shè) 計(jì)，它主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊在調(diào)試工作模 式下的信息交互，即接收經(jīng)由控制模塊來(lái)自上位機(jī)的指 令，或?qū)⒈掘?qū)動(dòng)模塊的狀態(tài)信息經(jīng)由控制模塊回傳給上 位機(jī)，尤其在末級(jí)放大器輸出通道的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，上 位機(jī)通道切換、通道電壓設(shè)置等功能的實(shí)現(xiàn)均是通過(guò) RS 485 接口發(fā)往驅(qū)動(dòng)模塊的，此功能由 SP485EL 芯片 來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制模塊為 RS 485 總線的主設(shè)備，驅(qū)動(dòng)模塊為 RS 485 總線的從設(shè)備，其中 SP485EL 的一對(duì)差分信號(hào)， 連接至 CPCI 總線上。