基于空間光調(diào)制器的非線性電光驅(qū)動(dòng)電路的研制.pdf

1、自從上世紀(jì)八十年代以來,空間光調(diào)制器作為實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理、光計(jì)算和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的關(guān)鍵器件,得到了迅速發(fā)展。特別是由于半導(dǎo)體加工工藝的提高,GaAs多量子阱空間光調(diào)制器憑借其響應(yīng)快、調(diào)制比大、調(diào)制灰度高、功耗低等突出優(yōu)點(diǎn)已成為光通信領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電路是保證多量子阱空間光調(diào)制器正確工作及良好工作性能的關(guān)鍵模塊,因此設(shè)計(jì)制作與之匹配的低功耗、高性能的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)多量子阱空間光調(diào)制器的發(fā)展具有重要意義。針對(duì)多量子阱空間光調(diào)制器的應(yīng)用

2、需求,本文研制了一款64×64陣列256級(jí)調(diào)制灰度的多量子阱空間光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)芯片。主要研究?jī)?nèi)容如下：1、針對(duì)空間光調(diào)制器非線性反射譜線難以直接轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的線性電信號(hào)的問題,提出了“軟件預(yù)處理”的概念。采用軟件擬合的方法將非線性光信號(hào)轉(zhuǎn)換為線性電信號(hào),在不占用硬件資源的情況下,較好的完成了光電信號(hào)的關(guān)系轉(zhuǎn)換。并且具有易于更改,靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)；可處理各種不同的反射譜線,增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)電路的通用性。2、為了解決高分辨率驅(qū)動(dòng)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(biāo)電壓值將積分升壓過程分解為二個(gè)不同時(shí)鐘頻率的處理過程,先大幅升壓,再調(diào)節(jié)精度。在保持驅(qū)動(dòng)電壓分辨率不變的基礎(chǔ)上,將一次掃描積分中像素單元面積減小了一半,同時(shí)還大大降低了時(shí)鐘頻率,減小了時(shí)鐘頻率過快帶來的各種不良影響。3、通過對(duì)電流源開關(guān)網(wǎng)絡(luò)開關(guān)噪聲產(chǎn)生機(jī)理的深入分析,設(shè)計(jì)了一款新型的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將開關(guān)對(duì)電容的噪聲影響轉(zhuǎn)移為對(duì)電流源MOS管控制柵的噪聲影響,并將開關(guān)噪聲的幅度有效的控制

4、在電流源的誤差允許范圍內(nèi),從而成功的對(duì)積分電容進(jìn)行噪聲隔離,消除了MOS管開關(guān)的非理想特性對(duì)積分電壓精度的影響。該結(jié)構(gòu)在保持電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低的同時(shí),提高了輸出精度。4、設(shè)計(jì)了一款與溫度、電源無關(guān)的帶隙基準(zhǔn)電流源。該電流源利用三極管自身的正、負(fù)溫度特性,產(chǎn)生一個(gè)與溫度無關(guān)的參考電壓；并使用運(yùn)算放大器構(gòu)成負(fù)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(guān)；通過外置電阻最大程度的減小基準(zhǔn)電流受溫度的影響。測(cè)試結(jié)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(dá)到了系統(tǒng)要求。5、通過對(duì)4×4陣列電流放大法驅(qū)動(dòng)電路、2×4陣列電阻放大法驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、仿真、投片及測(cè)試,對(duì)驅(qū)動(dòng)電路像素單元的結(jié)構(gòu)、性能及精度進(jìn)行了深入分析。進(jìn)一步改進(jìn)電路結(jié)構(gòu),最終完成了64×64像素陣列驅(qū)動(dòng)芯片的投片及測(cè)試。芯片測(cè)試結(jié)果表明,芯片具有較好的工作性能,其驅(qū)動(dòng)電壓擺幅接近于0-VDD,驅(qū)動(dòng)電壓分辨率可調(diào),最高可達(dá)256級(jí)。在50MHz的時(shí)鐘頻率下,幀速