基于空間光調制器的非線性電光驅動電路的研制.pdf

1、自從上世紀八十年代以來,空間光調制器作為實時光學信息處理、光計算和光學神經(jīng)網(wǎng)絡等系統(tǒng)的關鍵器件,得到了迅速發(fā)展。特別是由于半導體加工工藝的提高,GaAs多量子阱空間光調制器憑借其響應快、調制比大、調制灰度高、功耗低等突出優(yōu)點已成為光通信領域內的研究熱點。驅動電路是保證多量子阱空間光調制器正確工作及良好工作性能的關鍵模塊,因此設計制作與之匹配的低功耗、高性能的驅動電路對多量子阱空間光調制器的發(fā)展具有重要意義。針對多量子阱空間光調制器的應用

2、需求,本文研制了一款64×64陣列256級調制灰度的多量子阱空間光調制器驅動芯片。主要研究內容如下：1、針對空間光調制器非線性反射譜線難以直接轉換為對應的線性電信號的問題,提出了“軟件預處理”的概念。采用軟件擬合的方法將非線性光信號轉換為線性電信號,在不占用硬件資源的情況下,較好的完成了光電信號的關系轉換。并且具有易于更改,靈活性強的特點；可處理各種不同的反射譜線,增強了驅動電路的通用性。2、為了解決高分辨率驅動電壓帶來的像素面積過大的

3、問題,提出了二次掃描積分的方法。該方法根據(jù)目標電壓值將積分升壓過程分解為二個不同時鐘頻率的處理過程,先大幅升壓,再調節(jié)精度。在保持驅動電壓分辨率不變的基礎上,將一次掃描積分中像素單元面積減小了一半,同時還大大降低了時鐘頻率,減小了時鐘頻率過快帶來的各種不良影響。3、通過對電流源開關網(wǎng)絡開關噪聲產(chǎn)生機理的深入分析,設計了一款新型的開關網(wǎng)絡結構。該結構將開關對電容的噪聲影響轉移為對電流源MOS管控制柵的噪聲影響,并將開關噪聲的幅度有效的控制

4、在電流源的誤差允許范圍內,從而成功的對積分電容進行噪聲隔離,消除了MOS管開關的非理想特性對積分電壓精度的影響。該結構在保持電路結構簡單、功耗低的同時,提高了輸出精度。4、設計了一款與溫度、電源無關的帶隙基準電流源。該電流源利用三極管自身的正、負溫度特性,產(chǎn)生一個與溫度無關的參考電壓；并使用運算放大器構成負反饋環(huán)路提高電源抑制比,從而使輸出電壓與電源電壓無關；通過外置電阻最大程度的減小基準電流受溫度的影響。測試結果表明該電流源的溫度系數(shù)

5、為8.7×10-6/℃,在2.6V-4V的電源電壓下均能正常工作,達到了系統(tǒng)要求。5、通過對4×4陣列電流放大法驅動電路、2×4陣列電阻放大法驅動電路的設計、仿真、投片及測試,對驅動電路像素單元的結構、性能及精度進行了深入分析。進一步改進電路結構,最終完成了64×64像素陣列驅動芯片的投片及測試。芯片測試結果表明,芯片具有較好的工作性能,其驅動電壓擺幅接近于0-VDD,驅動電壓分辨率可調,最高可達256級。在50MHz的時鐘頻率下,幀速