1    變形鏡驅動器驅動模塊的硬件設計

一套變形鏡驅動器內含 6 塊驅動模塊，每塊驅動模 塊都掛在 CPCI 總線上 ，其設計電路及運行程序完全 一致，不同之處，在于系統上電后，每塊驅動模塊讀取 CPCI 底板上靠近本模塊的拔碼開關，用此作為自己的 ID 號來標識自己。所有驅動模塊的硬件框架如圖 2 所 示，其主要框架包括 4 個部分，分別為電源部分、接口部 分、D/A 轉換及放大部分和 FPGA 部分，其中電源部分包 括來自CPCI總線的 4 組電源，其中 15 V，-15 V兩組電源 作為驅動模塊 D/A 轉換芯片的工作電壓，150 V，-50 V 兩組電源作為末級放大器的供電電源。15 V 電源經過

不同的電壓轉換芯片給 FPGA 及其他接口芯片供電，接 口部分包括接收來自 CPCI 物理總線的輸入接口以及發 往 CPCI 物理總線的輸出接口，A/D 轉換及放大部分主 要實現對來自對驅動矢量或者單通道指令的數字信號 進行 D/A 轉換及放大，FPGA 部分實現對整個模塊工作 流程的控制，完成驅動模塊經由控制模塊與上位機的通 信，以及控制各通道的輸出電壓對變形鏡進行驅動。對 于電源部分，15 V，-15 V，150 V，-50 V 經過濾波以及 瞬態過沖抑制保護電路后，分別作為 D/A 轉換芯片、隔 離電路和末級模擬信號放大器的工作電源，15 V 電源 再經過兩片 LMZ14201 電壓轉換芯片，分別輸出 5.0 V 和 3.3 V 電壓，5.0 V 電壓作為通過 CPCI 物理總線負責 與控制模塊通信的 RS 485 接口芯片的工作電壓，3.3 V 電 壓 作 為 模 塊 中 FPGA 的 I/O 電 壓 和 NIOS 所 需 的 SDRAM 等其他接口芯片的工作電壓，其經過 NCP5661? 1.2 芯片輸出 1.2 V 的電壓用來作為 FPGA 的內核電壓， 圖 3 給出了 3.3 V 電壓的設計原理圖。

作時，控制模塊首先接收來自于上位機或圖像處理板卡 的驅動數據矢量，并發往所有掛在 CPCI 總線上的驅動 模塊，每個驅動模塊根據各自的地址，提取屬于自己的 驅動數據，經過 D/A 轉換和放大，實現驅動電壓的輸出， 協同完成對 96 單元變形鏡的驅動。

具體來說，其中的總線電路板相當于整個變形鏡驅 動器的主板，其提供了整個變形鏡驅動器基本的 CPCI 總線，電源模塊正是通過 CPCI 物理總線為變形鏡驅動 器的控制模塊、圖像處理模塊和六塊驅動模塊供電，控 制模塊、圖像處理模塊和六塊驅動模塊之間的控制信 號、數據信號以及反饋信號也是通過該 CPCI 總線實現 互聯。其中的電源模塊采用一款成熟的商業化電源模 塊來實現，其有四組輸出端子，分別輸出 150 V，-50 V， 15 V，-15 V 四種電壓，其中 150 V 和-50 V 為六塊驅動 模塊內部的末級高壓放大器提供正、負電源，15 V 電源 通過 CPCI 物理總線為控制模塊、圖像處理模塊和六塊 驅動模塊提供工作電源，-15 V 結合 15 V 為驅動模塊內 含的前級放大器提供負、正電源；其中的圖像處理模塊 對圖像數據處理完成后，得出一組驅動變形鏡所需的 電壓驅動矢量數據 ，并通過 CPCI 總線發送到控制模 塊，再經過控制模塊的處理，發送到驅動模塊，最終通 過驅動模塊的輸出電壓控制變形鏡的形變，實現光束 質量的控制。

接口部分的設計分為三個部分，即來自 CPCI 總線 的輸入接口、發往 CPCI 總線的輸出接口和面板接口，其 中輸入接口是指并行總線設計，它是采用全硬件方式， 以差分信號方式接收經由 CPCI 總線，來自控制模塊發 送過來的驅動矢量數據，并把這些驅動矢量數據發往 FPGA，此功能主要由 DS91M040 芯片來實現，電路設計 上，與 RS 485 總線設計一致，即 DS91M040 的單端信號， 包括數據信號和控制信號接入 FPGA，其 4 對差分信號 均接到 CPCI 總線上，從而提高總線數據傳輸的速度和 可靠性，數據傳輸協議自行制定，圖 4 僅給出總線電路

的設計。

輸出端，連接到 CPCI 物理總線作為輸出端子，其輸出 電壓在-20~150 V 之間，每個端子對應變形鏡的一個陶 瓷單元。CPCI 物理總線上還包含 RS 485 總線的 I/O 設 計，它主要用來實現驅動模塊和控制模塊在調試工作模 式下的信息交互，即接收經由控制模塊來自上位機的指 令，或將本驅動模塊的狀態信息經由控制模塊回傳給上 位機，尤其在末級放大器輸出通道的參數進行標定，上 位機通道切換、通道電壓設置等功能的實現均是通過 RS 485 接口發往驅動模塊的，此功能由 SP485EL 芯片 來實現，控制模塊為 RS 485 總線的主設備，驅動模塊為 RS 485 總線的從設備，其中 SP485EL 的一對差分信號， 連接至 CPCI 總線上。