基于CAN总线的GaAs光电阴极制备测控系统

　　0　引言

　　GaAs光电阴极是一种负电子亲和势光电阴极，具有量子效率高、发射电子能量和角度分布集中的优点，因而在微光像增强器、半导体敏感器件、自旋极化电子源等众多领域得到了广泛的应用[1]，但GaAs光电阴极的制备过程却极为复杂，对制备工艺和条件都有严格要求。目前GaAs光电阴极的制备都主要依赖熟练操作人员进行手工操作，这种操作方式不尽浪费大量人力物力，而且制备质量和效率得不到保证。而在制备过程中普遍采用的在线光谱响应测试仪[2]，只能用于阴极制备后的光谱响应曲线测试，评估阴极的制备质量，它对阴极制备过程中的许多其它信息量，如真空度、铯源和氧源电流等，都没有实时采集功能，更没有对铯(氧)源电流的计算机控制和制备过程的自动化，从而大大的制约了我国GaAs光电阴极制备工艺的理论研究、制备质量和效率的提高。本文利用CAN总线可靠性高、成本低、配置灵活和传输速度快等优点[3～5]，设计了一套基于CAN总线的GaAs光电阴极制备测控系统，可实现上述信息的实时测试和铯(氧)源电流的自动控制。

　　1　测控系统组成

　　根据GaAs光电阴极制备工艺的要求，我们设计了如图1所示的GaAs光电阴极制备测控系统原理框图。该测控系统由三大部分构成：超高真空激活系统、计算机和外围测控设备，其中超高真空激活系统是用于GaAs光电阴极制备(加热净化和铯氧激活)的，制备过程中的多种信息量可通过外围测控设备与计算机相连。测控设备共分两部分，一部分完成光电流、光谱响应曲线的测试，另一部分完成真空度的测试以及铯(氧)源电流信号的测试和控制。

　　第一部分相当于一个光谱响应测试仪，光谱响应曲线测试时，先由计算机控制光栅单色仪输出一定波长的单色光并照射到阴极面，阴极产生微弱的光电流，光电流放大后经A/D转换为数字信号，计算机将该信号和对应的单色光辐射功率进行数据处理，就得到阴极的光谱响应曲线[2]。这一部分中没有用到CAN总线，本文中将不作介绍，重点介绍的是第二部分。在第二部分中，真空度、铯(氧)源电流信号是通过CAN总线实现测控的，测控信号通过USB-CAN转换器与计算机相连。这部分的设计，结合了CAN与USB总线的优点，从而能实现更灵活的通信任务和更强大的信号测控功能。

　　图1 GaAs光电阴极制备测控系统原理框图

　　2　测控系统硬件设计

　　2.1 USB-CAN转换器硬件设计

　　USB-CAN转换器实现USB与CAN两种总线之间的协议转换，如图2所示为其结构框图。图中微控制器89C52负责转换器的监控任务以及CAN与USB总线的通信任务。CAN控制器接口电路采用SJA1000和82C250，USB控制器接口电路采用USB通用设备接口芯片CH372。在微控制器中，USB与CAN总线报文的接收均采用中断方式，这种方式能尽量减少时延，提高系统实时通信能力。