光譜儀控制電路以及光譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光譜儀控制電路以及光譜儀。該電路包括信號采集模塊，其耦接到所述光譜儀中的圖像傳感器，用于接收所述圖像傳感器的輸出信號，并基于所述輸出信號而生成光譜數(shù)據(jù)；主控器，其通過以太網(wǎng)連接接口耦接到外部控制設(shè)備，并耦接到所述信號采集模塊；所述主控器用于從所述信號采集模塊獲取所述光譜數(shù)據(jù)，以及用于在集成或耦接到所述主控器的緩存單元中緩存預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)，并將所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給所述外部控制設(shè)備；其中所述緩存單元被設(shè)置為具有等于或超過所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的存儲空間。
【專利說明】光譜儀控制電路以及光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子線路【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，本發(fā)明涉及光譜儀控制電路以及采用該控制電路的光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜型橢圓偏振儀是一種采用橢圓偏振的光學(xué)方法來檢測薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)以及材料微結(jié)構(gòu)的光學(xué)測量設(shè)備，其廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造行業(yè)中。在檢測過程中，該橢圓偏振儀需要利用光譜儀將具有被測薄膜特征的光信號轉(zhuǎn)換成不同波長的光譜數(shù)據(jù)，以供后續(xù)的數(shù)據(jù)處理設(shè)備解析。
[0003]對于通常應(yīng)用的光譜儀，其所采集的光譜數(shù)據(jù)會被傳輸給電腦以進行數(shù)據(jù)運算處理。在采集過程中，被測光在短時間內(nèi)會保持相對不變，因而對采集光譜數(shù)據(jù)沒有實時性要求，應(yīng)用也比較簡單。因此，現(xiàn)有技術(shù)的光譜儀的控制電路通常是通過USB (UniversalSerial BUS，通用串行接口)接口與外部控制計算機相連。USB接口較高的數(shù)據(jù)傳輸速度能夠保證光譜數(shù)據(jù)的快速傳輸，而且USB接口還能夠提供一定驅(qū)動能力的電源，以驅(qū)動光譜儀運行。
[0004]當(dāng)被測光的光強較弱時，光譜儀通常采用CCD(Charge-Coupled Device,電荷f禹合型器件)圖像傳感器來感測光強。然而，在對信噪比要求更加嚴格的應(yīng)用場合，為了減少(XD圖像傳感器的暗電流引起的噪聲,通常需要采用自帶TEC(Thermo Electric Cooler,半導(dǎo)體致冷器)致冷的CCD圖像傳感器。該TEC致冷器能夠?qū)CD圖像傳感器進行降溫，但是開啟該TEC致冷器需要額外的電源供給。在工業(yè)設(shè)備中，光譜儀的電源地與電腦電源地都被連接到保護地，而USB接口的地又將光譜儀電源地與電腦電源地連接在一起以形成地環(huán)路。地環(huán)路的存在可能會引入干擾，從而嚴重影響電路的可靠性。
[0005]此外，在實際應(yīng)用中，現(xiàn)有技術(shù)中的光譜儀控制電路中用于緩存光譜數(shù)據(jù)的緩存空間很小，光譜數(shù)據(jù)需要不斷地由該控制電路傳送給外部控制計算機。然而，由于該外部控制計算機不能夠及時讀取數(shù)據(jù)，或者由于外部控制計算機與控制電路的通訊堵塞，有可能導(dǎo)致光譜數(shù)據(jù)不能夠被完整地傳送外部控制計算機，即光譜數(shù)據(jù)發(fā)生幀丟失或幀錯位。這會降低光譜儀測量的可靠性，在某些應(yīng)用中還有可能會嚴重影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]可見，需要提供一種具有較高可靠性的光譜儀控制電路。
[0007]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供了一種光譜儀控制電路，包括:信號采集模塊，其耦接到所述光譜儀中的圖像傳感器，用于接收所述圖像傳感器的輸出信號，并基于所述輸出信號而生成光譜數(shù)據(jù)；主控器，其通過以太網(wǎng)連接接口耦接到外部控制設(shè)備，并耦接到所述信號采集模塊；所述主控器用于從所述信號采集模塊獲取所述光譜數(shù)據(jù)，以及用于在集成或耦接到所述主控器的緩存單元中緩存預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)，并將所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給所述外部控制設(shè)備；其中所述緩存單元被設(shè)置為具有等于或超過所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的存儲空間。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方面的光譜儀控制電路能夠?qū)⑼獠靠刂圃O(shè)備一次處理所需數(shù)量幀的光譜數(shù)據(jù)全部緩存在緩存單元中，從而避免了由于主控器與外部控制設(shè)備之間的通訊阻塞或通訊速率過低所導(dǎo)致的光譜數(shù)據(jù)丟失。這大大提高了光譜數(shù)據(jù)處理的可靠性。此外，由于光譜儀控制電路和外部控制設(shè)備是通過以太網(wǎng)連接接口相連，因此光譜儀控制電路的電源地與外部控制設(shè)備的電源地被電氣隔離，從而能夠有效消除地環(huán)路。這進一步提高了該光譜儀控制電路的可靠性。
[0009]在一個實施例中，所述預(yù)定數(shù)量幀符合所述外部控制設(shè)備對所述光譜數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量要求。
[0010]在一個實施例中，所述主控器還用于接收來自于所述外部控制設(shè)備的控制指令，并響應(yīng)于所述控制指令而獲取、緩存并發(fā)送所述光譜數(shù)據(jù)。這使得該光譜儀控制電路能夠在外部設(shè)備控制下進行工作，這大大提高了光譜數(shù)據(jù)采集的可控性。
[0011 ] 在一個實施例中，所述外部控制設(shè)備用于在未完整地獲取所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)時，向所述主控器發(fā)送指示重新發(fā)送所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的控制指令；以及用于在獲取所述預(yù)定數(shù)據(jù)量幀光譜數(shù)據(jù)后，向所述主控器發(fā)送指示從所述信號采集模塊獲取并緩存新的光譜數(shù)據(jù)的控制指令。
[0012]在一個實施例中，還包括時序信號發(fā)生器，其耦接到所述圖像傳感器的驅(qū)動器與所述信號采集模塊，用于生成所述驅(qū)動器的驅(qū)動時序信號并將所述驅(qū)動時序信號提供給所述驅(qū)動器，以及用于生成采集時序信號并將所述采集時序信號提供給所述信號采集模塊。
[0013]在一個實施例中，所述時序信號發(fā)生器由現(xiàn)場可編程邏輯門陣列構(gòu)成?，F(xiàn)場可編程邏輯門陣列的輸入/輸出接口豐富，邏輯門、寄存器等集成度高，各個信號之間的關(guān)系易于實現(xiàn)。此外，采用合理規(guī)模門電路的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列占用印刷電路板的面積小，時序調(diào)試和升級也較為方便。
[0014]在一個實施例中，所述主控器具有串行接口，所述串行接口用于耦接所述主控器與所述時序信號發(fā)生器以在其間交互信號；所述主控器還用于存儲配置文件，所述配置文件用于初始化所述時序信號發(fā)生器，其中所述配置文件被通過所述串行接口發(fā)送到所述時序信號發(fā)生器?？梢钥闯觯摯薪涌诒粡?fù)用為配置時序信號發(fā)生器以及交互信號，這可以簡化電路結(jié)構(gòu)，從而降低了電路成本。
[0015]在一個實施例中，所述主控器包括集成或耦接到所述主控器的快閃存儲單元，所述快閃存儲單元用于存儲所述配置文件。這樣，配置文件不需要通過額外的存儲模塊存儲，從而節(jié)省了電路成本。
[0016]在一個實施例中，所述快閃存儲器還用于存儲主控器程序。
[0017]在一個實施例中，所述以太網(wǎng)連接接口具有隔離變壓器。隔離變壓器能夠有效地實現(xiàn)電氣隔離。
[0018]在一個實施例中，所述主控器集成有ARM系列微處理器。
[0019]在一個實施例中，所述主控器是LPC2478型微控制器。LPC2478型微控制器集成了多種外圍設(shè)備，例如大容量快閃存儲器、SRAM緩存單元、SPKSerial PeripheralInterface，串行外設(shè)接口)串行接口、以太網(wǎng)連接接口等，為控制電路的簡化提供了基礎(chǔ)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明另一個方面，提供了一種光譜儀，該光譜儀包括根據(jù)前述方面的任一實施例所述的光譜儀控制電路。
[0021]本發(fā)明的以上特性及其他特性將在下文中的實施例部分進行明確地闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實施例的詳細描述，能夠更容易地理解本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點。其中，相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的裝置。
[0023]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光譜儀控制電路100 ；
[0024]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光譜儀控制電路200 ；
[0025]圖3及圖4示出了圖2的光譜儀控制電路200運行的流程。
【具體實施方式】
[0026]下面詳細討論實施例的實施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所討論的具體實施例僅僅示范性地說明實施和使用本發(fā)明的特定方式，而非限制本發(fā)明的范圍。
[0027]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光譜儀控制電路100。該光譜儀控制電路100通常被設(shè)置在光譜儀中，用于耦接在光譜儀的圖像傳感器11與外部控制設(shè)備13，以控制光譜數(shù)據(jù)的采集與傳輸。
[0028]如圖1所示，該光譜儀控制電路100包括:
[0029]信號采集模塊101，其耦接到光譜儀中的圖像傳感器11，用于接收圖像傳感器11的輸出信號，并基于該輸出信號而生成光譜數(shù)據(jù)；
[0030]主控器103，其通過以太網(wǎng)連接接口 105耦接到外部控制設(shè)備13，并耦接到信號采集模塊101，該主控器103用于從信號采集模塊101獲取光譜數(shù)據(jù)，以及用于在集成或耦接到主控器103的緩存單元107中緩存預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)，并將該預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給外部控制設(shè)備13 ;其中緩存單元107被設(shè)置為具有等于或超過預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的存儲空間。
[0031]具體地，在本實施例中，該光譜儀被用于橢圓偏振儀中，以用來檢測薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)以及材料微結(jié)構(gòu)。其中，光譜儀中的光柵能夠?qū)⒕哂斜粶y薄膜特征的光信號分散為多個不同波長的光譜信號。該光譜信號進而被光譜儀的圖像傳感器接收并基于其光譜線強度的不同轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，即前述的輸出信號?？梢岳斫?，在一些其他的例子中，光譜儀也可以被裝載在其他類型的測量設(shè)備中，以測量不同波長的光譜線強度。
[0032]信號采集模塊101包括模擬信號處理單元與模數(shù)轉(zhuǎn)換單元(圖中未示出)。其中模擬信號處理單元耦接到圖像傳感器11，以接收圖像傳感器11的輸出信號。模擬信號處理單元用于對該輸出信號進行信號處理。該信號處理包括但不限于電平轉(zhuǎn)換、復(fù)位、信號放大、濾波等。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元耦接到模擬信號處理單元，用于接收被處理的輸出信號，并將其轉(zhuǎn)換為光譜數(shù)據(jù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元還耦接到主控器103，以將光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給主控器103。其中，光譜數(shù)據(jù)被逐幀地發(fā)送給主控器103。
[0033]主控器103耦接在信號采集模塊101與外部控制設(shè)備13之間，用于獲取信號采集模塊101所采集的光譜數(shù)據(jù)并將該光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給外部控制設(shè)備13。其中，為了避免在傳輸過程中出現(xiàn)光譜信號丟失或錯位，主控器103中耦接有較大存儲容量的緩存單元107，以將從信號采集模塊101獲取的預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)暫時地緩存在其中。該緩存單元107例如 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步動態(tài)隨機存儲器)或其他適于耦接或集成到主控器103的用于緩存數(shù)據(jù)的器件。在一些替代的例子中，該緩存單元107也可以被集成在主控器103中。在本實施例中，緩存單元107被設(shè)置為具有等于或超過預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的存儲空間。其中，該預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)符合外部控制設(shè)備13對光譜數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量要求。例如，外部控制設(shè)備13需要獲取連續(xù)采集的N幀光譜數(shù)據(jù)以計算被測薄膜的膜厚，那么，緩存單元107需要將這N幀光譜數(shù)據(jù)全部地緩存在緩存單元107中，并在全部緩存完之后，再將這N幀光譜數(shù)據(jù)一并發(fā)送給外部控制設(shè)備13 ;或者，外部控制設(shè)備13也可以選擇控制主控器103在采集光譜數(shù)據(jù)同時傳輸光譜數(shù)據(jù)?？蛇x地，外部控制設(shè)備13也可以控制主控器103緩存連續(xù)采集的N幀光譜數(shù)據(jù)中的部分幀光譜數(shù)據(jù)，并將該部分幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給外部控制設(shè)備13。
[0034]可以看出，由于緩存單元107具有較大的緩存空間，因而光譜儀控制電路100能夠?qū)⑼獠靠刂圃O(shè)備13 —次處理所需數(shù)量幀的光譜數(shù)據(jù)全部緩存在緩存單元107中，從而避免了由于主控器103與外部控制設(shè)備13之間的通訊阻塞或通訊速率過低所導(dǎo)致的光譜數(shù)據(jù)丟失。這大大提高了光譜數(shù)據(jù)處理的可靠性。
[0035]在一些實施例中，主控器103的上述操作都是基于外部控制設(shè)備13的控制指令所進行的。具體地，主控器103還接收來自于外部控制設(shè)備13的控制指令，并響應(yīng)于該控制指令而獲取、緩存并發(fā)送該光譜數(shù)據(jù)。例如，外部控制設(shè)備13向主控器103發(fā)送控制指令，以指示主控器103將所緩存的預(yù)定數(shù)量幀的光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給外部控制設(shè)備13。這樣，主控器103在接收到該控制指令后，即響應(yīng)于該控制指令而發(fā)送所緩存的光譜數(shù)據(jù)。當(dāng)預(yù)定數(shù)量幀的光譜數(shù)據(jù)被由主控器103發(fā)送給外部控制設(shè)備13之后，該外部控制設(shè)備13還可以向主控器103發(fā)送指示其從信號采集模塊101獲取并緩存新的光譜數(shù)據(jù)的控制指令。特別地，在一些情況下，例如主控器103與外部控制設(shè)備13的通訊暫時中斷，從而導(dǎo)致主控器103未能夠完整地將預(yù)定數(shù)量幀的光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給外部控制設(shè)備13。在這種情況下，外部控制設(shè)備13會向主控器103發(fā)送指示主控器103重新發(fā)送預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的控制指令，從而使得主控器103能夠重新發(fā)送光譜數(shù)據(jù)，以保證光譜數(shù)據(jù)的完整傳輸。
[0036]在該實施例中，主控器103與外部控制設(shè)備13之間的數(shù)據(jù)通訊是通過以太網(wǎng)連接接口 105進行的，并且可以采用TCP/IP通信協(xié)議中的TCP協(xié)議。這種通信方式傳輸速率高，可靠性好，且易于系統(tǒng)集成，特別適用于傳輸較大數(shù)據(jù)量的光譜數(shù)據(jù)。此外，由于以太網(wǎng)連接接口 105通常具有隔離變壓器，隔離變壓器能夠?qū)崿F(xiàn)主控器103與外部控制設(shè)備13之間的電氣隔離，避免例如地環(huán)路等干擾信號被引入而影響電路的可靠性。
[0037]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的光譜儀控制電路200。
[0038]如圖2所示，該光譜控制電路200包括:
[0039]信號采集模塊201，其耦接到光譜儀中的圖像傳感器21，用于接收圖像傳感器21的輸出信號，并基于該輸出信號而生成光譜數(shù)據(jù)；
[0040]主控器203，其通過以太網(wǎng)連接接口 205耦接到外部控制設(shè)備23，并耦接到信號采集模塊201，該主控器203用于從信號采集模塊201獲取光譜數(shù)據(jù)，以及用于在集成或耦接到主控器203的緩存單元207中緩存預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)，并將該預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給外部控制設(shè)備23 ;其中緩存單元207被設(shè)置為具有等于或超過預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的存儲空間；[0041]時序信號發(fā)生器209耦接到圖像傳感器21的驅(qū)動器211與信號采集模塊201，用于生成驅(qū)動器211的驅(qū)動時序信號并將該驅(qū)動時序信號提供給驅(qū)動器211，以及用于生成采集時序信號并將該采集時序信號提供給信號采集模塊201。
[0042]具體地，時序信號發(fā)生器209可以采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)構(gòu)成?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列具有良好的可編程性，這使得該控制電路200能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求而采用不同的時序信號來控制圖像傳感器21的運行以及數(shù)據(jù)采集，從而提高了電路應(yīng)用的靈活性。現(xiàn)場可編程邏輯門陣列的輸入/輸出接口豐富，邏輯門、寄存器等集成度高，各個信號之間的關(guān)系易于實現(xiàn)。此外，采用合理規(guī)模門電路的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列占用印刷電路板的面積小，時序調(diào)試和升級也較為方便。此外，時序信號發(fā)生器209還耦接到主控器203,用于與主控器203交互信號。其中，在時序信號發(fā)生器209運行時,主控器203向時序信號發(fā)生器209發(fā)送時序參數(shù)以及時序模式(例如積分周期、連續(xù)讀取的幀數(shù)等)，以使得時序信號發(fā)生器209產(chǎn)生相應(yīng)的時序信號。另一方面，時序信號發(fā)生器209還將其指示其讀取或運行狀態(tài)的信號發(fā)送給主控器203。在一些例子中，主控器203中還集成有串行接口210，該串行接口 210用于耦接時序信號發(fā)生器209與主控器203，以在其間交互信號。該串行接口例如為SPI串行接口。
[0043]對于采用FPGA構(gòu)成的時序信號發(fā)生器209，在其正常運行以生成時序信號之前，需要對其中的FPGA電路進行配置，以使得其具有所需的邏輯電路結(jié)構(gòu)。在一些例子中，F(xiàn)PGA時序信號發(fā)生器209可以采用獨立的配置電路來對其進行初始化，例如通過一個電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)來存儲用于進行初始化配置文件，該配置電路需要通過一個單獨的接口與時序信號發(fā)生器209耦接以傳輸該配置文件。在另一些例子中，用于初始化FPGA時序信號發(fā)生器209的配置文件還可以存儲在主控器203上，具體為耦接或集成到主控器203的存儲單元213。這些配置文件可以直接通過復(fù)用串行接口 210來傳輸。這樣，用于配置FPGA的電路就被集成在主控器203，而無需采用獨立的配置電路，從而降低了電路成本。
[0044]存儲單元213可以采用例如快閃存儲器(FLASH)或其他適合的存儲器件?？扉W存儲器具有較高的數(shù)據(jù)讀取速率，因而能夠滿足主控器203中高速系統(tǒng)時鐘的運行要求。在實際應(yīng)用中，存儲單元213還用于存儲主控器程序。當(dāng)主控器203運行時，其會讀取存儲在該存儲單元213中的主控器程序，從而使得該主控器203能夠?qū)崿F(xiàn)各種所需的數(shù)據(jù)處理。
[0045]在圖2所示的控制電路200中，主控器203還包括控制單元215，該控制單元用于進行指令解析、數(shù)據(jù)處理以及電路控制等等。在一些例子中，該主控器203例如采用ARM系列微處理器。
[0046]圖3及圖4示出了圖2的光譜儀控制電路200運行的流程。其中，圖3是該控制電路200進行光譜數(shù)據(jù)采集的流程，而圖4是該控制電路400進行光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒獭?br> [0047]接下來，再結(jié)合圖2和圖3及圖4對該光譜儀控制電路200的運行進行說明。
[0048]如圖3所示，首先，在步驟S302中，該光譜儀控制電路200上電，主控器203自啟動。相應(yīng)地，在步驟S304中，主控器203會通過將存儲在存儲單元213中的配置文件發(fā)送給時序信號發(fā)生器209，從而使得時序信號發(fā)生器209完成初始化配置。接著，在步驟S306中，外部控制設(shè)備23向主控器203發(fā)送時序參數(shù)以及其他設(shè)置數(shù)據(jù)。該時序參數(shù)用于設(shè)置時序信號發(fā)生器209生成的時序信號。之后，在步驟S308，主控器203向時序信號發(fā)生器209轉(zhuǎn)發(fā)時序參數(shù)，從而使得時序信號發(fā)生器209能夠生成所需的時序信號，包括用于控制驅(qū)動器211運行的驅(qū)動時序信號，以及用于控制信號采集模塊201運行的采集時序信號。之后，在步驟S310中，時序信號發(fā)生器209根據(jù)時序參數(shù)中的觸發(fā)條件設(shè)置生成時序信號，并將時序信號分別發(fā)送給驅(qū)動器211以及信號采集模塊201。這使得驅(qū)動器211能夠驅(qū)動圖像傳感器21運行，以將光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)生成的不同波長的光譜信號轉(zhuǎn)換成電信號，進而由信號采集模塊201轉(zhuǎn)換為光譜數(shù)據(jù)。即在步驟S312中，信號采集模塊201根據(jù)圖像傳感器21的輸出信號生成光譜數(shù)據(jù)。之后，在步驟S314中，主控器203從信號采集模塊201獲取一幀光譜數(shù)據(jù)，并將所獲取的光譜數(shù)據(jù)緩存至緩存單元207中。接著，在步驟S316，判斷是否已緩存預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)。如果已有這些預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)可以被完整地緩存在緩存單元207內(nèi)。在主控器203完成預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的獲取和緩存之后，則執(zhí)行步驟S318，主控器203等待外部控制設(shè)備新的控制指令，并響應(yīng)于該新的控制指令進行操作。如果沒有緩存預(yù)定數(shù)量幀的光譜數(shù)據(jù)，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S312，由信號采集模塊201繼續(xù)采集并生成光譜數(shù)據(jù)。并在之后繼續(xù)步驟S314中的光譜數(shù)據(jù)的獲取和緩存操作，直至緩存預(yù)定數(shù)量幀的圖像數(shù)據(jù)。
[0049]如圖4所示，主控器203已控制緩存單元207緩存了一幀或多幀光譜數(shù)據(jù)。外部控制設(shè)備23根據(jù)應(yīng)用需求指示主控器203傳輸所緩存的光譜數(shù)據(jù)。首先，在步驟S402中，外部控制設(shè)備23向主控器203發(fā)送讀取預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的控制指令。相應(yīng)地，在步驟S404中，主控器203將所緩存的一幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送到外部控制設(shè)備23。接著，在步驟S406中，主控器203判斷是否已將預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給外部控制設(shè)備203。如果未發(fā)送完畢，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S404，主控器203繼續(xù)所緩存的光譜數(shù)據(jù)逐幀地發(fā)送到外部控制設(shè)備23，直至預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。如果已發(fā)送完畢，則繼續(xù)執(zhí)行步驟S408，主控器203等待外部控制設(shè)備23的新的控制指令，并相應(yīng)動作。
[0050]可以看出，得益于較大的緩存單元207，以及外部控制設(shè)備23對數(shù)據(jù)傳輸較為優(yōu)化的控制策略，使得該光譜儀控制電路200能夠可靠地向外部控制設(shè)備23發(fā)送光譜數(shù)據(jù)，以用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。這有效地提高了光譜儀系統(tǒng)測量的穩(wěn)定性與可靠性。
[0051]仍參考圖2，在該光譜儀控制電路200中，主控器203還通過串行接口 210耦接到致冷控制單元217以及溫度采集單元219。其中，溫度采集單元219用于檢測圖像傳感器21的溫度，并將溫度檢測結(jié)果提供給主控器203。相應(yīng)地，致冷控制單元217用于在主控器203的控制下控制光譜儀中致冷器(圖中未示出)的運行。該致冷器例如為半導(dǎo)體致冷器，其用于對圖像傳感器21進行降溫，以減少圖像傳感器輸出信號中的暗電流引起的噪聲。
[0052]具體地，主控器203控制致冷控制單元217的開啟和關(guān)閉，并設(shè)置使得圖像傳感器21正常運行的目標(biāo)溫度。溫度采集單元219通過圖像傳感器21上的熱敏電阻或其他溫度傳感器來感測圖像傳感器21的實時溫度。主控器203通過串行接口 210啟動溫度采集單元219并獲取其檢測的溫度信號，并上傳給外部控制設(shè)備23。外部控制設(shè)備23可以通過指令控制主控器203完成致冷控制單元217的開啟和關(guān)閉，設(shè)置圖像傳感器21正常運行的目標(biāo)溫度。致冷控制單元217通過目標(biāo)溫度以及圖像傳感器21的溫度反饋，通過一定算法，調(diào)節(jié)控制電壓，控制向致冷器提供的電流輸出，并最終將圖像傳感器21的溫度保持在接近目標(biāo)溫度的一定范圍內(nèi)。
[0053]在實際應(yīng)用中，圖2的主控器203可以采用恩智浦公司設(shè)計的集成有ARM7系列微處理器的LPC2478型微控制器。LPC2478型微控制器集成有512KB片上高速快閃存儲器，該快閃存儲器包括一個128位寬的存儲器接口和加速器架構(gòu)，能夠使得片上微處理器能夠以高達72MHz的系統(tǒng)時鐘執(zhí)行其中的指令。這有利于與外部控制設(shè)備之間的高速的數(shù)據(jù)傳輸。此外，該快閃存儲器高達512KB的存儲空間可以滿足嵌入式操作系統(tǒng)(例如UC0s-1I操作系統(tǒng))、通信協(xié)議(例如uc-TCP/IP協(xié)議棧)以及主控器203應(yīng)用程序的存儲，還能夠分出大量存儲空間用于存儲初始化FPGA時序信號發(fā)生器209的配置文件。
[0054]此外，LPC2478型微控制器還集成有SDRAM控制器，其能夠耦接大容量的SDRAM存儲器。該SDRAM存儲器即可作為用于緩存光譜數(shù)據(jù)的緩存單元。這使得該微控制器能夠緩存符合外部控制設(shè)備23對光譜數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理所的數(shù)據(jù)量要求所需的多幀光譜數(shù)據(jù)，從而保證了通訊阻塞或通訊速率下降時數(shù)據(jù)的可靠性。此外，LPC2478型微控制器還集成有以太網(wǎng)連接單元，該以太網(wǎng)連接單元使得該微控制器能夠以10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)與外部控制設(shè)備進行通信，保證了光譜數(shù)據(jù)的高速傳輸。同時，以太網(wǎng)連接單元中的隔離變壓器保證了外部控制設(shè)備與該微控制器以及光譜儀控制電路200中的其他電路模塊之間的電氣隔離，從而避免了地環(huán)路所引入的電氣干擾。
[0055]另外，LPC2478型微控制器集成有SPI串行接口以及多個串行端口。其中，SPI串行接口可以用于該微控制器與時序信號發(fā)生器交互信號，而多個串行端口可以用于微控制器與信號采集模塊、致冷控制單元、溫度采集單元以及光譜儀控制電路中的其他電路模塊進行信號交互。LPC2478型微控制器豐富的接口設(shè)置使得該光譜儀控制電路具有良好的可擴展性。
[0056]需要說明的是，在實際應(yīng)用中，圖2中的主控器203還可以采用其他型號的微控制器，上述LPC2478型微控制器僅示意地示出了可以實現(xiàn)該主控器203的一種芯片。此外，在一些應(yīng)用實例中，主控器203還可以與時序信號發(fā)生器209集成在同一芯片中?；蛘?，主控器203以及時序信號發(fā)生器209可以通過對一個FPGA芯片進行編程來實現(xiàn)。
[0057]前述圖1所示的實施例中的光譜儀控制電路100以及圖2所示的實施例中的光譜儀控制電路200可以與光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)集成在光譜儀中。
[0058]盡管在附圖和前述的描述中詳細闡明和描述了本發(fā)明，應(yīng)認為該闡明和描述是說明性的和示例性的，而不是限制性的；本發(fā)明不限于所上述實施方式。
[0059]那些本【技術(shù)領(lǐng)域】的一般技術(shù)人員可以通過研究說明書、公開的內(nèi)容及附圖和所附的權(quán)利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權(quán)利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復(fù)數(shù)。在發(fā)明的實際應(yīng)用中，一個零件可能執(zhí)行權(quán)利要求中所引用的多個技術(shù)特征的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為對范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種光譜儀控制電路，其特征在于，包括: 信號采集模塊，其耦接到所述光譜儀中的圖像傳感器，用于接收所述圖像傳感器的輸出信號，并基于所述輸出信號而生成光譜數(shù)據(jù)； 主控器，其通過以太網(wǎng)連接接口耦接到外部控制設(shè)備，并耦接到所述信號采集模塊；所述主控器用于從所述信號采集模塊獲取所述光譜數(shù)據(jù)，以及用于在集成或耦接到所述主控器的緩存單元中緩存預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)，并將所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)發(fā)送給所述外部控制設(shè)備；其中所述緩存單元被設(shè)置為具有等于或超過所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的存儲空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述預(yù)定數(shù)量幀符合所述外部控制設(shè)備對所述光譜數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)量要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述主控器還用于接收來自于所述外部控制設(shè)備的控制指令，并響應(yīng)于所述控制指令而獲取、緩存并發(fā)送所述光譜數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述外部控制設(shè)備用于在未完整地獲取所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)時，向所述主控器發(fā)送指示重新發(fā)送所述預(yù)定數(shù)量幀光譜數(shù)據(jù)的控制指令；以及用于在獲取所述預(yù)定數(shù)據(jù)量幀光譜數(shù)據(jù)后，向所述主控器發(fā)送指示從所述信號采集模塊獲取并緩存新的光譜數(shù)據(jù)的控制指令。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀控制電路，其特征在于，還包括時序信號發(fā)生器，其耦接到所述圖像傳感器的驅(qū)動器與所述信號采集模塊，用于生成所述驅(qū)動器的驅(qū)動時序信號并將所述驅(qū)動時序信號提供給所述驅(qū)動器，以及用于生成采集時序信號并將所述采集時序信號提供給所述信號采集模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述時序信號發(fā)生器由現(xiàn)場可編程邏輯門陣列構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述主控器具有串行接口，所述串行接口用于耦接所述主控器與所述時序信號發(fā)生器以在其間交互信號；所述主控器還用于存儲配置文件，所述配置文件用于初始化所述時序信號發(fā)生器，其中所述配置文件被通過所述串行接口發(fā)送到所述時序信號發(fā)生器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述主控器包括集成或耦接到所述主控器的快閃存儲單元，所述快閃存儲單元用于存儲所述配置文件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述快閃存儲器還用于存儲主控器程序。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述以太網(wǎng)連接接口具有隔離變壓器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述主控器集成有ARM系列微處理器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光譜儀控制電路，其特征在于，所述主控器是LPC2478型微控制器。
13.—種光譜儀，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的光譜儀控制電路。
【文檔編號】G01J3/02GK103575391SQ201210261990
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】周萬泉, 王英 申請人:睿勵科學(xué)儀器（上海）有限公司