基于DSP的振镜扫描式激光标记技术设计与分析
M输出、软件复位控制都使用了CE1空间的地址,为了防止这些器件的互相干扰,必须对输入地址进行译码。通过判断输入到CPLD的PA[2:6]和PA[16:21]可以知道DSP正在访问的地址区域,进行CE1空间的地址译码,从而产生相应的控制信号,以实现逻辑控制和时序控制。
CPLD上构建的寄存器的高地址都是一样的,命名为dsp_reg_addr,由Pa16~21构成,若Pa16~21设置为"111000"即表示地址0x0178xxxx。
低地址由Pa2~6构成,对10个寄存器寻址,地址对应关系见表1所示。
表 1地址分配表
2.4 数模转换模块
数模转换模块将DSP处理完的数字信号转换为模拟信号以控制两路振镜的偏转。由于现在对标记精度的要求越来越高,传统的8位数模转换器已无法满足用户的需求,因此本系统选用ADI公司的16位高精度数模转换器AD669芯片,如图2所示。AD669为16位并行输入,二级数据缓存结构。设计中将/L1信号直接接地设置为有效,通过控制/CS和LDAC信号分别控制一级缓存和二级缓存。控制振镜信号的电压范围为-10V~+10V,以标记100mm×100mm幅面大小的标牌为例,精度可达100mm/216=0.0015mm,对应最小输出电压为0.00031V。
经实验发现,在上电时,AD669芯片的输出为一不可控量,会使振镜在上电瞬间有一个偏转,倘若偏转幅度过大,长期使用会导致振镜的断裂。为了保护振镜,可设计一个模拟开关电路以控制AD669芯片上电时的输出,使其为0V。笔者将模拟开关放在AD669芯片的参考电压输入端,通过CPLD实现对模拟开关的控制,来控制参考电压的有无,从而保证在上电时振镜不偏转。
3 PCB设计
该控制板卡选用主频200MHz的高速DSP处理芯片,高速信号系统中,存在EMC问题,将影响系统的性能。为了设计出一块稳定,抗干扰性能好的控制板卡,采取了以下措施
1、板层的合理安排
该控制板卡为六层板,板层设计为(从顶层到底层依次)信号层-地层-电源层-信号层-地层-信号层。这样的板层结构安排,使每一个信号层和电源层都紧邻一个地层,给信号提供一个较短的回流路径。
2、时钟信号线的处理
PCI时钟信号的一半要靠反射波来提升,因此,时钟信号CLK走线长度近似为2500 mil,走蛇形线实现(此点在PCI2.2规范的走线要求中有明确规定)。对于DSP芯片,晶振电路尽量靠近DSP芯片,且时钟信号尽量短。
3、SDRAM相关信号线的处理
SDRAM工作频率为100MHz,在高频下,信号的传输时间和信号的走线长度有直接的关系,已不能忽略此问题。因此SDRAM的数据线和地址线要等长走线,以保证信号传输的质量。另外,串扰和振铃问题在高频下也极易出现,对SDRAM和DSP接口的控制信号和数据、地址总线信号,在源端串接匹配电阻以提高信号传输质量,保证SDRAM在高频下能正常工作。
4、数模电路的隔离处理
控制板卡上有数字电路和模拟电路,在布局时,必须考虑数模电路的隔离问题,尽量将数字电路和模拟电路分块布局,避免数字信号走线跨越模拟电路区域,以防止两块电路间的相互干扰。另外数字电路和模拟电路通过0欧电阻一点共地。
5、电容的使用
在每个数字芯片的电源引脚旁边放置一个1.01uF的去耦电容。
4 总结
本系统将高速PCI总线与C6000高速DSP处理器相结合,配以高精度的数模转换模块,实现了一套高速高精度的控制系统,并将其成功的运用到振镜激光标记系统。该系统充分利用了DSP的高速处理能力和内部的高精度定时器,分担了PC机的实时性任务,从而实现了PC机与DSP控制板卡的优势互补,实现了实时性标记,保证了标记质量的均匀性。本文还给出了DSP控制板卡在PCB设计阶段的注意点,该板卡已在生产实际中投入使用,具有较好的稳定性和抗干扰性。
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