CN107450178B - 一种二维mems微镜驱动控制系统和方法 - Google Patents

一种二维mems微镜驱动控制系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107450178B
CN107450178B CN201710796233.0A CN201710796233A CN107450178B CN 107450178 B CN107450178 B CN 107450178B CN 201710796233 A CN201710796233 A CN 201710796233A CN 107450178 B CN107450178 B CN 107450178B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mirror
mems micro
driving
micro
micromirror
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710796233.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107450178A (zh
Inventor
李志峰
张力
李建华
牛振红
束逸
孟刚
水涌涛
刘佳琪
刘鑫
刘洪艳
高路
赵巨岩
杜润乐
薛莲
薛峰
赵茜
蔡雯琳
方艺忠
尹含
张鹏
汪大鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Aerospace Changzheng Aircraft Institute
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Aerospace Changzheng Aircraft Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Launch Vehicle Technology CALT, Beijing Aerospace Changzheng Aircraft Institute filed Critical China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority to CN201710796233.0A priority Critical patent/CN107450178B/zh
Publication of CN107450178A publication Critical patent/CN107450178A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107450178B publication Critical patent/CN107450178B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法，其中，所述系统包括：数字控制器、第一DAC、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片；MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜；数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；第一DAC，用于将MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；微镜偏转驱动回路，用于将MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；MEMS微镜，用于在MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转。通过本发明提高了磁驱动模式MEMS微镜的指向控制精度。

Description

一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法
技术领域
本发明属于MEMS微镜驱动技术领域，尤其涉及一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法。
背景技术
传统光束的二维空间扫描的方法有很多种，电光扫描、声光扫描、旋转多面镜扫描和微镜扫描等方法。其中，MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS，微机电系统)微镜是一种使用MEMS加工技术制作的微小可驱动反射镜。
MEMS微镜通常在半导体硅上制作，驱动结构是微米级结构。MEMS微镜与传统系统相比，其具有重量轻、体积小及与大规模集成电路制作工艺相兼容的优点，且易于大批量生产，生产成本较低。同时，传感器、信号处理电路和微执行器的集成，可以使微弱信号的放大、校正及补偿等在同一片芯片中进行，从而不需要经过长距离传输，这样可以很大程度上抑制噪声干扰，提高输出信号品质。因此，MEMS微镜在投影显示、光纤通讯、数据存储、精密测量、医疗成像和生物技术等国防和民用领域都有着广泛的应用。
目前，主流的MEMS微镜通常采用驱动方式有：磁驱动、静电驱动和热驱动等。其中，磁驱动模式MEMS微镜具有驱动电压低、驱动功耗低、驱动力大等优点，目前应用较为广泛。然而，现有的磁驱动模式MEMS微镜也存在一个问题：磁驱动模式MEMS微镜指向控制精度较低。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种二维MEMS微镜驱动控制系统和方法，旨在提高磁驱动模式MEMS微镜的指向控制精度。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种二维MEMS微镜驱动控制系统，包括：数字控制器、第一DAC、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片；其中，所述MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜；
数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；
第一DAC，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；
微镜偏转驱动回路，用于将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；
MEMS微镜，用于在所述MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：第二DAC和微镜角度反馈测量回路；其中，所述MEMS微镜芯片，还包括：MEMS微镜角度角度传感器；
数字控制器，还用于按照预定时序，生成MEMS微镜角度传感器数字驱动波形；
第二DAC，用于将所述MEMS微镜角度传感器数字驱动波形转换为MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形；
微镜角度反馈测量回路，用于对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行驱动；
MEMS微镜角度传感器，用于在所述驱动后的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形的作用下，对所述MEMS微镜的实际偏转角度进行测量，输出测量结果。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：ADC；
微镜角度反馈测量回路，还用于对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大；
ADC，用于对放大后的测量结果进行模数转换，得到角度信号；以及，对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行采样，并进行模数转换，得到测量输入信号；
数字控制器，还用于接收所述角度信号和测量输入信号；对所述角度信号和测量输入信号进行锁相放大处理后，输出MEMS微镜的实测偏转角度信号。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，
第一DAC的精度不小于14Bit；
第二DAC的精度不小于14Bit；
ADC的精度不小于14Bit。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，
所述第一DAC包括两路DAC：DAC1和DAC2；
所述微镜偏转驱动回路，包括：第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、采样电阻RS和微镜等效电阻RL；
其中，
DAC1和DAC2，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形，控制所述MEMS微镜驱动模拟波形变化范围由单极性向双极性转换；
第一运算放大器OP1，用于对DAC1的输出驱动能力进行放大；
第二运算放大器OP2，用于对DAC2的输出驱动能力进行放大；
微镜等效电阻RL，用于对等效MEMS微镜的驱动线圈的电阻；
第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4和采样电阻RS构成电流负反馈回路，用于对流经微镜等效电阻RL的电流进行检测并进行实时负反馈放大，以使流经微镜等效电阻RL的电流稳定在设定值。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述设定值为：DAC1与DAC2的差值与微镜等效电阻RL的比值。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述微镜偏转驱动回路，还包括：补偿阻抗网络ZL和空载保护电阻R0；
补偿阻抗网络ZL与微镜等效电阻RL并联，用于控制微镜等效电阻RL与补偿阻抗网络ZL的并联值为纯阻性；
空载保护电阻R0，用于对所述微镜偏转驱动回路进行空载保护。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述微镜角度反馈测量回路，包括：第五运算放大器OP5、第六运算放大器OP6和模拟开关；
第五运算放大器OP5通过模拟开关分别与ADC和MEMS微镜角度传感器连接；其中，第五运算放大器OP5和模拟开关，用于对第二DAC输入的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行复合调制，得到测量输入信号；
第六运算放大器OP6，用于连接ADC和MEMS微镜角度传感器，对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大，并输出至ADC。
在上述二维MEMS微镜驱动控制系统中，所述数字控制器，包括：数字锁相放大电路；其中，所述数字锁相放大电路，包括：信号通道、参考通道、鉴相器PSD和低通滤波LPF；
信号通道，用于对所述测量输入信号进行数字滤波和增益调整处理，输出第一处理信号；
参考通道，用于对所述角度信号进行增益调整和移相处理，输出第二处理信号；
鉴相器PSD，用于对所述第一处理信号和第二处理信号进行鉴相处理，输出第三处理信号；
低通滤波LPF，用于对所述第三处理信号进行滤波处理，输出所述实测偏转角度信号。
相应的，本发明还公开了一种二维MEMS微镜驱动控制方法，包括：
从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；
将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；
将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；
根据所述MEMS微镜驱动电流，驱动MEMS微镜进行偏转。
本发明具有以下优点：
本发明所述的二维MEMS微镜驱动控制方案，由数字控制器实现对外部指令中的偏转角度指令的解码，得到MEMS微镜驱动数字波形，然后，基于第一DAC和微镜偏转驱动回路的处理，得到MEMS微镜驱动电流；MEMS微镜在MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转，大幅度提升了MEMS微镜指向控制的精度，对MEMS微镜驱动电流控制精度可实现亚微A的控制。
附图说明
图1是本发明实施例中一种二维MEMS微镜驱动控制系统的电路结构框图；
图2是本发明实施例中一种微镜偏转驱动回路的电路结构示意图；
图3是本发明实施例中一种微镜角度反馈测量回路的电路结构示意图；
图4是本发明实施例中一种数字锁相放大电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。
参照图1，示出了本发明实施例中一种二维MEMS微镜驱动控制系统的电路结构框图。在本实施例中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，包括：第一DAC(Digital-to-Analogconverter，DAC，数模转换器)、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片。其中，所述MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜。
其中，
数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形。
第一DAC，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形。
微镜偏转驱动回路，用于将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流。MEMS微镜，用于在所述MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转。
如图1，在本发明的一优选实施例中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还可以包括：第二DAC和微镜角度反馈测量回路。其中，所述MEMS微镜芯片，还可以包括：MEMS微镜角度传感器。
其中，
数字控制器，还用于按照预定时序，生成MEMS微镜角度传感器数字驱动波形。
第二DAC，用于将所述MEMS微镜角度传感器数字驱动波形转换为MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形。
微镜角度反馈测量回路，用于对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行驱动。
MEMS微镜角度传感器，用于在所述驱动后的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形的作用下，对所述MEMS微镜的实际偏转角度进行测量，输出测量结果。
如图1，在本发明的一优选实施例中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还可以包括：ADC(Analog-to-Digital converter，ADC，模数转换器)。
其中，
微镜角度反馈测量回路，还用于对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大。
ADC，用于对放大后的测量结果进行模数转换，得到角度信号；以及，对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行采样，并进行模数转换，得到测量输入信号。
数字控制器，还用于接收所述角度信号和测量输入信号；对所述角度信号和测量输入信号进行锁相放大处理后，输出MEMS微镜的实测偏转角度信号。
需要说明的是，本发明实施例中提及的DAC和ADC均为高精度DAC和高精度ADC。如，第一DAC、第二DAC和ADC的精度均不小于14Bit。
在本发明的一优选实施例中，参照图2，示出了本发明实施例中一种微镜偏转驱动回路的电路结构示意图。在本实施例中，所述第一DAC，具体可以包括两路DAC：DAC1和DAC2。其中，所述微镜偏转驱动回路，具体可以包括：第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、采样电阻RS和微镜等效电阻RL。
其中，
DAC1和DAC2，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形，控制所述MEMS微镜驱动模拟波形变化范围由单极性向双极性转换。
在本实施例中，选择高精度的数模转换器作为DAC1和DAC2，采用差分驱动控制模式进行控制，提升了加载到微镜等效电阻RL和采样电阻RS上的电压调整范围。例如，DAC1和DAC2可以分别采用精度为14Bit和16Bit、转换速率不小于2MHz的高精度、高速数模转换器。
第一运算放大器OP1，用于对DAC1的输出驱动能力进行放大。第二运算放大器OP2，用于对DAC2的输出驱动能力进行放大。
微镜等效电阻RL，为MEMS微镜的驱动线圈的电阻。
第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4和采样电阻RS构成电流负反馈回路，用于对流经微镜等效电阻RL的电流进行检测并进行实时负反馈放大，以使流经微镜等效电阻RL的电流稳(MEMS微镜驱动电流)定在设定值。
在本实施例中，所述设定值具体可以为：DAC1与DAC2的差值与微镜等效电阻RL的比值。例如，两路DAC可以分别作为MEMS微镜驱动控制电压的输入正端和输入负端，假设MEMS微镜驱动控制电压的输入正端和输入负端的输入电压分别为VMEMS_DRV+和VMEMS_DRV+，则，在所述微镜等效电阻RL上产生的MEMS微镜驱动电流IMEMS_DRV＝(VMEMS_DRV+-VMEMS_DRV+)/RS。
在本实施例中，根据磁驱动型MEMS微镜的电流驱动工作模式的特点，采用低温度系数的高阻值采样电阻作为采样电阻RS，提升了二维MEMS微镜驱动控制系统对小电流的测量能力。其中，采样电阻RS的取值一般与微镜等效电阻RL相当，可在10Ω～100Ω选择，TCR(Temperature Coefficient of Resistance，TCR，电阻温度系数)不大于100×10-6K，标称误差小于0.1％。
在本实施例中，基于采用电阻RS、第三运算放大器OP3和第四运算放大器OP4建立的电流负反馈回路作为第一级模拟闭环控制回路，实现了加载到微镜等效电阻RL电流对外部指令(控制信号)的快速响应。其中，可以选择高精度、低零偏运算放大器作为所述第三运算放大器OP3和第四运算放大器OP4。
如图2，优选的，所述微镜偏转驱动回路，还可以包括：补偿阻抗网络ZL和空载保护电阻R0。
其中，
补偿阻抗网络ZL与微镜等效电阻RL并联，用于控制微镜等效电阻RL与补偿阻抗网络ZL的并联值为纯阻性。
在本实施例中，通过加入补偿阻抗网络ZL，确保了微镜等效电阻RL与补偿阻抗网络ZL的并联值为纯阻性。例如，可以利用阻抗测试仪测量包括微镜等效电阻RL的实际阻抗RL′，然后，根据实际阻抗RL′的虚部大小，加入由电容和电阻组成补偿阻抗网络ZL，使微镜等效电阻RL与补偿阻抗网络ZL并联后呈纯阻性特征。
空载保护电阻R0，用于对所述微镜偏转驱动回路进行空载保护。
在本发明的一优选实施例中，参照图3，示出了本发明实施例中一种微镜角度反馈测量回路的电路结构示意图。在本实施例中，所述微镜角度反馈测量回路，具体可以包括：第五运算放大器OP5、第六运算放大器OP6和模拟开关。
其中，
第五运算放大器OP5通过模拟开关分别与第二DAC和MEMS微镜角度传感器连接，第五运算放大器OP5和模拟开关，用于对第二DAC输入的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行复合调制，得到测量输入信号。
在本实施例中，模拟开关可以为单刀双掷开关，在数字控制器的控制下，实现对测量输入信号交流化。具体的，模拟开关在数字控制器的控制下进行导通和断开切换，对测量输入信号进性调制，形成方波信号。其中，模拟开关的速率可选择1MHz，占空比50％。
在本实施例中，可以通过第二DAC生成MEMS微镜角度传感器的驱动输入信号。其中，第二DAC可以选择14bit或16bit的高速数模转换器，转换速率不小于2MHz。
第六运算放大器OP6，用于连接ADC和MEMS微镜角度传感器，对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大，并输出至ADC。
在本实施例中，所述第六运算放大器OP6可以为高精度固定增益的运算放大器，对测量结果进行放大，其中，第六运算放大器OP6的固定增益可选择10、50、100倍。
在本发明的一优选实施例中，参照图4，示出了本发明实施例中一种数字锁相放大电路的电路结构示意图。在本实施例中，所述数字控制器，具体可以包括：数字锁相放大电路。其中，所述数字锁相放大电路，具体可以包括：信号通道、参考通道、鉴相器和低通滤波器。
其中，
信号通道，用于对所述测量输入信号进行数字滤波和增益调整处理，输出第一处理信号。
参考通道，用于对所述角度信号进行增益调整和移相处理，输出第二处理信号。
鉴相器，用于对所述第一处理信号和第二处理信号进行鉴相处理，输出第三处理信号。
低通滤波器，用于对所述第三处理信号进行滤波处理，输出所述实测偏转角度信号。
在本实施例中，在数字控制器中，基于FPGA(Field Programmable Gate Array，FPGA，现场可编程门阵列)或DSP(Digital Signal Processing，DSP，数字信号处理)硬件基础，利用数字锁相放大电路，可实现对MEMS微镜的实际偏转的高精度测量，输出高精度的实测偏转角度信号，提升了二维MEMS微镜驱动控制系统对小角度变化的测量分辨能力。其次，基于MEMS微镜的实际偏转角度的实时测量结果，可以动态调整微镜等效电阻RL的驱动强度，形成第二级闭环控制回路，确保MEMS微镜的实际指向与偏转角度指令(控制命令)的一致性。
需要说明的是，在本实施例中，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还可以包括：低噪声电源，用于为所述二维MEMS微镜驱动控制系统提供工作所需电压。
如上，在本实施例中，基于微镜偏转驱动回路，形成微镜偏转控制的第一级闭环回路，实现MEMS微镜驱动电流与偏转角度指令(控制信号)的高精度对应；基于微镜偏转驱动回路、微镜角度反馈测量回路、数字控制器，实现MEMS微镜实时指向控制的二级闭环控制回路，实现MEMS微镜实际指向与偏转角度指令的高精度对应；建立数字控制器下的数字锁相放大电路，实现了对MEMS微镜实际偏转角度的高分辨率测量。
综上所述，本发明所述的二维MEMS微镜驱动控制系统至少具有如下优点：
(1)本发明所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，MEMS微镜在MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转，大幅度提升了MEMS微镜指向控制的精度，对MEMS微镜驱动电流控制精度可实现亚微A的控制。
(2)本发明所述二维MEMS微镜驱动控制系统，根据磁驱动型MEMS微镜的电流驱动工作模式的特点，采用低温度系数的高阻值采样电阻Rs作为反馈采样电阻，提升了二维MEMS微镜驱动控制系统对小电流的测量能力。
(3)本发明所述二维MEMS微镜驱动控制系统，基于高精度数模转换器DAC1和DAC2进行差分驱动控制，提升了加载到微镜等效电阻RL和采样电阻RS上的电压调整范围。
(4)本发明所述二维MEMS微镜驱动控制系统，基于采用电阻RS、第三运算放大器OP3和第四运算放大器OP4建立的电流负反馈回路作为第一级模拟闭环控制回路，实现了加载到微镜等效电阻RL电流对外部指令(控制信号)的快速响应。
(5)本发明所述二维MEMS微镜驱动控制系统，加入补偿阻抗网络ZL，使微镜等效电阻RL与补偿阻抗网络ZL的并联值为纯阻性。
(6)本发明所述二维MEMS微镜驱动控制系统，模拟开关在数字控制器的控制下进行导通和断开的切换，实现对测量输入信号交流化。
(7)本发明所述二维MEMS微镜驱动控制系统，基于FPGA或DSP硬件基础，利用数字锁相放大电路，实现对MEMS微镜的实际偏转的高精度测量，提升了二维MEMS微镜驱动控制系统对小角度变化的测量分辨能力，提升对弱小角度信号的测量，可实现微V级角度信号的测量，并大幅抑制了板上噪声干扰。
(8)本发明所述二维MEMS微镜驱动控制系统，基于MEMS微镜的实际偏转角度的实时测量结果，可以动态调整微镜等效电阻RL的驱动强度，形成二级闭环控制回路，确保MEMS微镜的实际指向与偏转角度指令(控制命令)的一致性，提升了MEMS微镜的实时指向控制精度与指向分辨率。
在上述系统实施例的基础上，本发明还公开了一种二维MEMS微镜驱动控制方法，包括：从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；根据所述MEMS微镜驱动电流，驱动MEMS微镜进行偏转。
对于方法实施例而言，由于其与系统实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例部分的说明即可。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，包括：数字控制器、第一DAC、微镜偏转驱动回路和MEMS微镜芯片；其中，所述MEMS微镜芯片，包括：MEMS微镜；
数字控制器，用于从接收到的外部指令中提取得到偏转角度指令，对所述偏转角度指令进行解码，得到MEMS微镜驱动数字波形；
第一DAC，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形；
微镜偏转驱动回路，用于将所述MEMS微镜驱动模拟波形，转换为MEMS微镜驱动电流；
MEMS微镜，用于在所述MEMS微镜驱动电流的驱动作用下进行偏转；
其中，
所述第一DAC包括两路DAC：DAC1和DAC2；
所述微镜偏转驱动回路，包括：第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4、采样电阻RS和微镜等效电阻RL；
其中，
DAC1和DAC2，用于将所述MEMS微镜驱动数字波形转换为MEMS微镜驱动模拟波形，控制所述MEMS微镜驱动模拟波形变化范围由单极性向双极性转换；
第一运算放大器OP1，用于对DAC1的输出驱动能力进行放大；
第二运算放大器OP2，用于对DAC2的输出驱动能力进行放大；
微镜等效电阻RL，为MEMS微镜的驱动线圈的电阻；
第三运算放大器OP3、第四运算放大器OP4和采样电阻RS构成电流负反馈回路，用于对流经微镜等效电阻RL的电流进行检测并进行实时负反馈放大，以使流经微镜等效电阻RL的电流稳定在设定值。
2.根据权利要求1所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：第二DAC和微镜角度反馈测量回路；其中，所述MEMS微镜芯片，还包括：MEMS微镜角度角度传感器；
数字控制器，还用于按照预定时序，生成MEMS微镜角度传感器数字驱动波形；
第二DAC，用于将所述MEMS微镜角度传感器数字驱动波形转换为MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形；
微镜角度反馈测量回路，用于对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行驱动；
MEMS微镜角度传感器，用于在所述驱动后的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形的作用下，对所述MEMS微镜的实际偏转角度进行测量，输出测量结果。
3.根据权利要求2所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述二维MEMS微镜驱动控制系统，还包括：ADC；
微镜角度反馈测量回路，还用于对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大；
ADC，用于对放大后的测量结果进行模数转换，得到角度信号；以及，对所述MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行采样，并进行模数转换，得到测量输入信号；
数字控制器，还用于接收所述角度信号和测量输入信号；对所述角度信号和测量输入信号进行锁相放大处理后，输出MEMS微镜的实测偏转角度信号。
4.根据权利要求3所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，
第一DAC的精度不小于14Bit；
第二DAC的精度不小于14Bit；
ADC的精度不小于14Bit。
5.根据权利要求1所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述设定值为：DAC1与DAC2的差值与微镜等效电阻RL的比值。
6.根据权利要求1所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述微镜偏转驱动回路，还包括：补偿阻抗网络ZL和空载保护电阻R0；
补偿阻抗网络ZL与微镜等效电阻RL并联，用于控制微镜等效电阻RL与补偿阻抗网络ZL的并联值为纯阻性；
空载保护电阻R0，用于对所述微镜偏转驱动回路进行空载保护。
7.根据权利要求3所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述微镜角度反馈测量回路，包括：第五运算放大器OP5、第六运算放大器OP6和模拟开关；
第五运算放大器OP5通过模拟开关分别与ADC和MEMS微镜角度传感器连接；其中，第五运算放大器OP5和模拟开关，用于对第二DAC输入的MEMS微镜角度传感器模拟驱动波形进行复合调制，得到测量输入信号；
第六运算放大器OP6，用于连接ADC和MEMS微镜角度传感器，对所述MEMS微镜角度传感器输出的测量结果进行放大，并输出至ADC。
8.根据权利要求3所述的二维MEMS微镜驱动控制系统，其特征在于，所述数字控制器，包括：数字锁相放大电路；其中，所述数字锁相放大电路，包括：信号通道、参考通道、鉴相器PSD和低通滤波LPF；
信号通道，用于对所述测量输入信号进行数字滤波和增益调整处理，输出第一处理信号；
参考通道，用于对所述角度信号进行增益调整和移相处理，输出第二处理信号；
鉴相器PSD，用于对所述第一处理信号和第二处理信号进行鉴相处理，输出第三处理信号；
低通滤波LPF，用于对所述第三处理信号进行滤波处理，输出所述实测偏转角度信号。
CN201710796233.0A 2017-09-06 2017-09-06 一种二维mems微镜驱动控制系统和方法 Active CN107450178B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710796233.0A CN107450178B (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种二维mems微镜驱动控制系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710796233.0A CN107450178B (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种二维mems微镜驱动控制系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107450178A CN107450178A (zh) 2017-12-08
CN107450178B true CN107450178B (zh) 2020-05-12

Family

ID=60496088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710796233.0A Active CN107450178B (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种二维mems微镜驱动控制系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107450178B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108267423B (zh) * 2018-01-18 2019-01-01 重庆大学 一种扫描光栅微镜近红外光谱仪的工作电路
CN110790216B (zh) * 2018-08-01 2023-06-27 华域视觉科技(上海)有限公司 透射式mems芯片及照明系统
US10788659B2 (en) * 2018-10-24 2020-09-29 Infinean Technologies Ag Monitoring of MEMS mirror properties
CN110333598B (zh) * 2019-04-29 2021-04-23 西安知微传感技术有限公司 获取电容反馈式微扭转镜电容反馈信号的方法及电路
CN110134005B (zh) * 2019-05-28 2022-04-19 重庆大学 一种电磁式扫描光栅微镜的复合控制系统
CN110794572B (zh) * 2019-10-15 2022-05-06 歌尔光学科技有限公司 Mems振镜的反馈信号的采集方法、驱动方法及系统
CN110794573B (zh) * 2019-10-21 2022-03-18 歌尔光学科技有限公司 Mems振镜反馈信号的采集方法、驱动方法及系统
WO2021205647A1 (ja) * 2020-04-10 2021-10-14 富士通株式会社 距離測定装置、画角制御方法、及びプログラム
CN111624764A (zh) * 2020-05-08 2020-09-04 东莞理工学院 一种扭转微镜的跟踪扫描系统
US11841497B2 (en) * 2020-12-02 2023-12-12 Politecnico Di Milano Closed-loop position control of MEMS micromirrors
CN115032786A (zh) * 2022-06-27 2022-09-09 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种提升微振镜扭转控制精度的控制系统及控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1457200A (zh) * 2002-05-08 2003-11-19 富士通株式会社 光信号交换机的控制设备和控制方法
CN102045036A (zh) * 2011-01-27 2011-05-04 中山大学 一种数字锁相放大器
CN204334380U (zh) * 2015-01-29 2015-05-13 哈尔滨理工大学 基于psd闭环控制的压电陶瓷微位移驱动电源
CN107037725A (zh) * 2017-03-21 2017-08-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 全模拟高带宽快速反射镜的控制系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6098349B2 (ja) * 2013-05-14 2017-03-22 船井電機株式会社 発振装置、走査型スキャナ装置、情報端末、移相量調整装置、及び移相量調整方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1457200A (zh) * 2002-05-08 2003-11-19 富士通株式会社 光信号交换机的控制设备和控制方法
CN102045036A (zh) * 2011-01-27 2011-05-04 中山大学 一种数字锁相放大器
CN204334380U (zh) * 2015-01-29 2015-05-13 哈尔滨理工大学 基于psd闭环控制的压电陶瓷微位移驱动电源
CN107037725A (zh) * 2017-03-21 2017-08-11 中国科学院上海光学精密机械研究所 全模拟高带宽快速反射镜的控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN107450178A (zh) 2017-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107450178B (zh) 一种二维mems微镜驱动控制系统和方法
US4841191A (en) Piezoelectric actuator control apparatus
KR0138337B1 (ko) 포커스 제어방법 및 장치
EP3139186A1 (en) Sensor circuit
CN110943706A (zh) 全差分可编程增益放大器
CN102466756B (zh) 一种差分测量电路的零点误差消除方法及差分测量电路
Dukic et al. Digitally controlled analog proportional-integral-derivative (PID) controller for high-speed scanning probe microscopy
CN102506685A (zh) 基于压电陶瓷开环调制的位移测量方法
Bryant Simple op amp measurements
JP2009038770A (ja) 試験装置及び製造方法
US11824506B2 (en) Glitch reduction technique for switched amplifiers having selectable transfer gain
JPS59124719A (ja) 電子ビ−ム露光装置
CN102541117A (zh) 离子迁移谱仪用多路温控装置
CN109343031A (zh) 一种用于空间绝对距离测量的双飞秒光梳稳频系统
JP2008033567A (ja) 圧電素子の制御方法、圧電素子の制御装置、アクチュエータ、及び顕微鏡
CN108459646B (zh) 恒定电阻控制环路
JP2000151409A (ja) アナログ―ディジタル変換器装置および勾配増幅器の調節装置
CN112027113B (zh) 一种主动指向超静平台高带宽低噪声驱动控制方法
JP2501686B2 (ja) 平衡増幅器
JP3091908B2 (ja) 走査型プローブ顕微鏡
CN104898454B (zh) 空间光学有效载荷力扰动模拟源促动器力控制方法
US10298164B2 (en) Linear actuator force matching using back EMF
Lane Control of a MEMS fast steering mirror for laser applications
CN103064456B (zh) 反馈式超高精度电压源
CN115032786A (zh) 一种提升微振镜扭转控制精度的控制系统及控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Liu Jiaqi

Inventor after: Liu Hongyan

Inventor after: Gao Lu

Inventor after: Zhao Juyan

Inventor after: Du Runle

Inventor after: Xue Lian

Inventor after: Xue Feng

Inventor after: Zhao Qian

Inventor after: Cai Wenlin

Inventor after: Fang Yizhong

Inventor after: Yin Han

Inventor after: Li Zhifeng

Inventor after: Zhang Peng

Inventor after: Wang Dapeng

Inventor after: Zhang Li

Inventor after: Li Jianhua

Inventor after: Niu Zhenhong

Inventor after: Shu Yi

Inventor after: Meng Gang

Inventor after: Shui Yongtao

Inventor after: Liu Xin

Inventor before: Li Zhifeng

Inventor before: Liu Hongyan

Inventor before: Gao Lu

Inventor before: Zhao Juyan

Inventor before: Du Runle

Inventor before: Xue Lian

Inventor before: Xue Feng

Inventor before: Zhao Qian

Inventor before: Cai Wenlin

Inventor before: Fang Yizhong

Inventor before: Yin Han

Inventor before: Zhang Li

Inventor before: Zhang Peng

Inventor before: Wang Dapeng

Inventor before: Li Jianhua

Inventor before: Niu Zhenhong

Inventor before: Shu Yi

Inventor before: Meng Gang

Inventor before: Shui Yongtao

Inventor before: Liu Jiaqi

Inventor before: Liu Xin

CB03 Change of inventor or designer information