一种基于共用电阻链DAC的OPA驱动电路及其驱动方法

本发明属于光学检测与测量，具体涉及一种基于共用电阻链dac的opa驱动电路及其驱动方法。

背景技术：

1、光学相控阵(optical phased array，opa)激光雷达系统通常由激光光源，光学相控阵芯片，相位控制电路和上位机系统构成。光学相控阵技术通过相位控制电路调节波导所发出光信号的相角，进而使激光雷达系统可以灵活地实现扫描光束角度偏转。为实现上述功能，需要设计专用的电路用于驱动光学相控阵系统中的调相器。随着应用场景的扩展和技术的更新迭代，大规模光学相控阵技术成为了高性能激光雷达系统中的迫切需求，在此复杂系统中，若采用多路数模转换器(digital to analog converter，dac)对调相器进行相位控制，将会消耗非常大的硬件资源，提高系统集成的难度，同时也会造成极高的系统功耗。

2、现阶段，应用于opa激光雷达的驱动电路主要采用了多路dac的方案；若每个opa单元使用一路dac加以驱动，在大规模opa激光雷达中，将需要付出极大的硬件资源用于放置多路dac，会造成芯片尺寸大或系统复杂度高等问题。对于传统的电阻型或电容型dac，前者受限于静态功耗，当电阻链中的电阻值太小时，电路将存在较大的静态功耗，当电阻值太大时，会消耗较大的电路面积；对于电容型dac，虽然无静态功耗问题，但利用满足精度要求的单位电容搭建电容阵列，也会造成电路面积过于庞大的问题。因此，基于传统架构的多路dac在应用于大规模opa激光雷达系统中时，均会存在面积大，硬件资源消耗大，功耗大，能效低的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的多路电阻型dac的opa驱动电路的电路规模和复杂度较大等问题，本发明提供了一种基于共用电阻链dac的opa驱动电路及其驱动方法，通过使用共享式dac架构，降低了多路opa驱动电路的功耗，并减小了电路规模，节约硬件资源，提高opa激光雷达系统可集成性。

2、本发明通过如下技术方案实现：

3、一种基于共用电阻链dac的opa驱动电路，包括电阻链、开关阵列控制模块、采样保持模块与输出级及调相模块；所述电阻链与开关阵列控制模块的一端连接，所述电阻链用于为所有dac通道提供n个节点电压；所述开关阵列控制模块用于连接电阻链中各电压节点与采样保持电路模块，并在外部数据控制下，实现各通路的导通和闭合；开关阵列控制模块的另一端与采样保持模块与输出级的输入端连接，所述采样保持模块与输出级用于采样保持并输出开关阵列控制模块输出的电压值；采样保持模块与输出级的输出端与调相模块连接，所述调相模块用于在驱动电压的控制下，控制opa天线的偏转相位。

4、进一步地，所述电阻链，由n+1个电阻串联构成，n为正整数，第1个电阻的一端接地，第n+1个电阻的一端接电源电压；其中，第1个电阻与第2个电阻之间的节点与开关阵列控制模块的端口a1连接；第2个电阻与第3个电阻之间的节点与开关阵列控制模块的端口a2连接，……，第n个电阻与第n+1个电阻之间的节点与开关阵列控制模块的端口an连接。

5、进一步地，所述开关阵列控制模块，包括输入端口、输出端口、开关阵列及数据配置与写入模块；输入端口与开关阵列中所对应开关的一端连接，输出端口与开关阵列中所对应开关的另一端连接；所述数据配置与写入模块与开关阵列连接，用于输出开关控制码，对开关阵列的开关进行控制。

6、进一步地，所述开关阵列由m×n个开关构成，每行的m个开关用于表示一组输入端口和m个输出端口之间的连接关系，每列的n个开关用于表示n组输入端口和一个输出端口之间的连接关系。

7、进一步地，所述输入端口由n组端口构成，每组接口包含m根信号线，m为正整数；第一组输入端口a1<0:m-1>分别与开关阵列中的开关s1_0,s1_1,……，s1_m-1的一端连接；第二组输入端口a2<0:m-1>分别与开关阵列中的开关s2_0,s2_1,……，s2_m-1的一端连接；……；第n组输入端口an<0:m-1>分别与开关阵列中的开关sn_0,sn_1,……，sn_m-1的一端连接；所述输出端口由m个信号构成，第一个信号b<0>与开关阵列中的开关s1_0,s2_0,……,sn_0的另一端连接；第二个信号b<1>与开关阵列中的开关s1_1,s2_1,……,sn_1的另一端连接；……；第m个信号b<m-1>与开关阵列中的开关s1_m-1,s2_m-1,……,sn_m-1的另一端连接。

8、进一步地，所述采样保持模块与输出级，包括输出级时序控制模块、m个采样保持电路及与之对应的驱动器；所述m个采样保持电路的一端分别与开关阵列控制模块的m个输出端口对应连接，m个采样保持电路的另一端分别与其对应的驱动器相连接；输出级时序控制模块分别与m个采样保持电路中的控制端口连接，用于控制采样保持电路对开关阵列控制模块输出的电压值进行采样保持操作的工作时序。

9、进一步地，所述调相模块，包括m路调相器及opa发射单元；所述m路调相器的一端分别与对应的驱动器的输出端连接，m路调相器的另一端分别与对应的opa发射单元连接。

10、另一方面，本发明还提供了一种基于共用电阻链dac的opa驱动电路的驱动方法，具体包括如下步骤：

11、步骤一：电阻链中的电阻在静态下完成分压，将n级电压分配至n个节点上；

12、步骤二：将第一工作周期需要的dac控制字写入数据配置与写入模块的寄存器中；

13、步骤三：由数据配置与写入模块将开关控制码输入至开关阵列的控制端口s，在第一工作周期开始时，根据开关控制码完成开关si_0，sj_1,……sk_m-1的导通操作，其中，i，j，k为小于等于n的正整数；将电阻链中相应节点i，j，……k的节点电压vi，vj，……vk分别传递至开关阵列控制模块的输出端口b<0>，b<1>，……b<m-1>中；

14、步骤四：在采样时钟的控制下，采样保持电路在采样时钟上升沿时刻将b<0>，b<1>，……b<m-1>端口中的电压进行采样，使其输出端口vout<0>，vout<1>，……vout<m-1>上分别保持所采样的电压状态vi，vj，……vk；该组电压值经相应的驱动器后输入至调相模块，对opa的相位进行调控；

15、步骤五：将第二工作周期需要的dac控制字写入数据配置与写入模块中的寄存器中，之后重复步骤三至步骤四的工作过程，使输出端口vout<0>，vout<1>，……vout<m-1>上分别保持所采样的电压状态vl，vm，……vn；该组电压值经驱动器后输入至调相模块，对opa的相位进行调控；此后继续重复步骤二至步骤四的工作过程。

16、与现有技术相比，本发明的优点如下：

17、本发明提出的基于共用电阻链dac的opa驱动电路，采用了多路dac共用电阻链的方法，将电阻链中每个节点的电压并行提供给各路dac输出端，通过开关阵列控制电阻链中各节点至dac输出端的通路通断，进而配合多路采样保持电路，驱动器，调相器等模块，用很小的阻容资源，实现了全并行多路dac驱动电路的功能效果；

18、该驱动电路减小了多路dac消耗的电路面积，无论需要驱动的opa规模多大，均可以通过共用一个电阻链实现多路dac的全并行信号转换功能，进而实现多路opa的高速调控。同时，基于典型的电阻型dac，多路dac共用单一电阻链的方法也减小了静态功耗，可以显著地降低整体功耗，提高系统的能效，有利于大规模opa芯片与驱动电路的系统集成。