四象限光电探测器的方案设计

　　一、原理

　　四象限光电探测器实际由四个光电探测器构成，每个探测器一个象限，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，如图1。一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面。当目标成像不在光轴上时，四个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较四个光电信号的幅度大小就可以知道目标成像在哪个象限上(也就知道了目标的方位)，若在四象限光电探测器前面加上光学调制盘，则还可以求出像点偏离四象限光电探测器中心的距离或θ角来。

　　图1 目标在四象限光电探测器上成像

　　图2方位探测器原理框图。

　　信号通过放大和调理后由由A/D转换器(本系统中采用ADS7864)采样转换成数字量送入单片机，由单片机处理后得到目标的方位，并根据实际系统的需要输出方位控制指令。

　　二、电路设计

　　根据实际系统的需要，A/D转换器用ADS7864，单片机用最常见的89C51。

　　这里对ADS7864作一介绍。ADS7864是TI公司生产的12bit高性能模数转换器，片上带2.5V基准电压源，可用作ADS7864的参考电压。每片ADS7864实际由2个转换速率为500ksps的ADC构成，每个ADC有3个模拟输入通道，每个通道都有采样保持器，2个ADC组成3对模拟输入端，可同时对其中的1～3对输入信号同时采样保持，然后逐个转换。由于6个通道可以同时采样，很适合用来转换四象限光电探测器的4路光电信号，剩下2个通道作系统扩展用。

　　*下面主要介绍电路中的信号采样转换和处理部分。

　　ADS7864前端调理电路

　　模数转换器的前端调理电路缩放和平移要采样的信号，通过调理后的信号适合A/D转换器的模拟输入要求。图3是ADS7864一个输入通道的前端调理电路，

　　图3 ADS7864前端调理电路

　　ADS7864模拟输入通道的+IN和-IN的最大电压输入范围为-0.3V～+5.3V(ADS7864 +5V供电)。图3的电路中使用了2个运放，A1用作跟随器，用来缓冲ADS7864输出的2.5V基准电压源;A2和四个电阻构成了信号调理网络，适当配置R1～R4电阻可以实现对输入信号Vi的缩放和平移以适合ADS7864模拟通道的输入要求。+IN端的输入电压表示如下：