基于LM628的光谱分析仪波长定位系统

　　1.引言

　　随 着 光 通 信 产 业 的 迅 速 发展，对光谱分析仪波长精度和扫描速度的要求越来越高，相应地对波长定位系统的精度、速度和重复性提出了更高的要求。而光栅旋转控制芯片是整个波长定位系统的核心，波长定位系统的性能、精度一定程度上依赖于光栅控 制 芯 片 的 计 算 速 度 和 控 制 能力。

　　LM628是由美国国家半导体公司生产的电机专用集成电路控制芯片，用一个芯片即可完成光栅旋转速度控制、PID伺服控制算法、编码器信号的处理等多种功能。光栅旋转过程中需经常更改的参数如电机位置、速度、加速度、PID参数等均可通过与CPU的接口很方便的修改。基于以上特点，我们选用了LM628做为光谱分析仪波长定位系统的光栅旋转控制芯片。

　　2.原理

　　光谱分析仪的波长定位系统由分光单元和伺服模块二部分组成。两部分的联动是通过将分光单元中光栅的轴与控制模块中无刷直流电机的轴固定在一起实现的。

　　2.1 分光单元

　　分 光 单 元 如 图 1 所 示 ， 分 光单元使用衍射光栅作为色散分光元 件 。 被 测 光 入 射 到 衍 射 光 栅后，将按照其波长决定的衍射角进行衍射。

　　光栅分解出的单色光，经由出射狭缝到达探测器，当光栅旋转时，会依次扫描出光栅所确定的波长范围，由光探测器把光信号变成电信号，送程控放大器放大及后续处理，从而进行光谱测量。出射狭缝为可变宽度狭缝，以限制和改变光谱分析仪的光谱分辨带宽。

　　光 谱 分 析 仪 近 似 于 工 作 在Littrow条件，入射角等于衍射角，衍射级次为1，其光栅方程如下：

　　由于出射狭缝是固定的，当光栅方位变化时，光探测器接收到的光的波长也将相应变化。这样，光栅的角位置就与波长之间建立起一种对应关系，通过检测当前光栅的位置，就可以知道被测光的波长。

　　2.2 伺服模块

　　伺 服 模 块 如 图 2 所 示 ， 伺 服模块由高速高精度的无刷直流电机、12位DAC、放大器、高精度激光旋转编码器及LM628构成，无刷直流电机带动分光单元的光栅旋转，CPU根据当前扫描波长点，计算出光栅相应的转角，光栅的位置变化是通过激光旋转编码器的读数反映出来的，激光旋转编码器的读数与光栅角度的关系如式2所示：

　　当前位置与目标位置的误差作为PID滤波的输入，得出的结果去驱动无刷直流电机。

3.具体实现

　　3.1 外围电路

　　L M 6 2 8 的 外 围 电 路 如 图 3 所示，CPU通过LM628的8bit并行I/O口以命令的形式对P I D数字滤波器和梯形速度特性进行参数设定。CPU可以通过读寄存器来了解LM628的状态，也可以响应LM628的中断输出HI。