[發明專利]一種微型光譜儀CMOS驅動電路

有效

• 申請號: 202011581633.8
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112834035B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 邱曉晗;林方;王煜;司福棋
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G05B19/042
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟

1.一種微型光譜儀CMOS驅動電路，基于FPGA模塊，所述FPGA模塊采用FPGA芯片XilinxSpartan 6、AD采集芯片AD9826和USB3.0主控芯片采用的是CYUSB3014芯片，其特征在于：

還包括信號驅動芯片74HC14、運放芯片采用的是AD847芯片、USB接口采用的是USBMicro B芯片；

其中發送驅動控制信號，經驅動芯片74HC14驅動S11639探測器，S11639探測器經驅動發送視頻信號，經AD847芯片模擬信號調理后發送至AD9826芯片進行數據采集；采集視頻信號之前，FPGA模塊通過SPI接口向AD9826芯片發送工作模式控制指令，同時發送AD驅動時鐘和采樣時鐘；

采集的視頻信號，經過FPGA模塊內部緩存打包，并行發送至USB3.0主控芯片，FPGA模塊還需發送控制指令控制USB3.0主控芯片，最終經USB Micro B接口發送至上位機；

上位機通過USB接口經USB3.0主控芯片發送數管控制指令，經FPGA模塊緩存解析后獲取曝光時間、增益信息，用于改變S11639芯片驅動控制信號。

2.根據權利要求1所述的微型光譜儀CMOS驅動電路，其特征在于：還包括當需要外部觸發高脈沖光時，上位機由USB接口經USB3.0主控芯片發送I/O信號至FPGA模塊，FPGA模塊獲取I/O信號后轉發至外部觸發接口，同時將該信息寫入視頻信號包頭中，用于后續數據處理。

3.根據權利要求1所述的微型光譜儀CMOS驅動電路，其特征在于：所述FPGA模塊包括驅動控制單元、AD采集單元、數據處理單元、CYUSB3014芯片控制指令及數據傳輸單元、數管控制單元及外觸發接口單元；

其中，驅動控制單元用于產生CMOS探測器S11639所需的兩路驅動信號，CMOS探測器驅動時鐘信號和啟動脈沖信號；

AD采集單元用于產生AD采集芯片AD9826控制信號，通過SPI接口發送至AD采集芯片AD9826，用于設置AD工作模式、增益和偏置信息，并設置為單通道SHA模式，同時提供AD采集芯片AD9826驅動時鐘AD CLK和采樣信號SHP，并分時通過8位數據接口接收AD采集芯片AD9826按照AD_CLK高低電平分別發送高低8bit圖像數據，最后組合成16bit圖像數據發送至乒乓緩存單元；

數據處理單元，在每一幀圖像數據前增加包頭、幀號、曝光時間、AD增益、外觸發信息，其中包頭用于一幀圖像起始的識別；外觸發用于識別探測器何時接收到高頻脈沖光誘導出的葉綠素熒光；幀號用于計算當前圖像為第幾幅圖像，用于判斷該幅圖像為誘導出的第幾幅葉綠素熒光數據；

所述CYUSB3014芯片控制指令及數據傳輸單元產生CYUSB3014芯片的控制信號，包括：滿空狀態、讀使能、寫使能、地址、時鐘、片選信號用于控制USB3.0接口數據傳輸，同時發送16bit并行數據信號；

所述數管控制單元按照115200波特率接收USB3.0接口通過CYUSB3014芯片以UART協議發送的控制指令，包括曝光時間、增益、拍照次數和工作模式，并對控制命令緩存后進行解析，解析得到控制信息用于控制S11639探測器驅動時鐘；

FPGA模塊接收到USB3.0接口經CYUSB3014芯片發送的I/O信號后，轉發至外觸發接口，同時將該信號寫入圖像信號包頭中。

4.根據權利要求1所述的微型光譜儀CMOS驅動電路，其特征在于：所述USB3.0主控芯片包括兩個接口：

1)第一個接口為UART接口，UART接口包含三個端點，分別為發送、接收和中斷端點，以實現串口功能；

2)第二個接口為同步從設備隊列接口，此接口包含一個接收FPGA模塊傳輸數據的同步從設備隊列端點；同步從設備隊列接口用于外部處理器對CYUSB3014芯片的內部緩沖區進行數據讀/寫訪問的應用。

5.根據權利要求4所述的微型光譜儀CMOS驅動電路，其特征在于：連接USB3.0主控芯片的上位機可向USB3.0主控芯片發送請求，請求的類型根據其功能分為三種，分別為標準請求、類請求和自定義請求；

其中，標準請求作用于所有的USB3.0設備；類請求對應特定種類的USB3.0設備。