Лазеры: драйверы
Оглавление
Лазерный диод питается током. При этом ток нельзя сильно превышать даже на микросекундном интервале - сгорят зеркала резонатора, и лазер превратится в тусклый светодиод. К таким же последствиям может привести статическое электричество: наведённая микровпышка и сгоревший лазер.
Помимо ESD защиты, управления током и его стабилизации, от драйвера требуется модуляция на высоких частотах.
Вычислим порядок частоты модуляции.
Пусть шестигранное полигональное зеркало вращается со скоростью 10,000 RPM. Тогда лазерный луч будет совершать 1000 сканов в секунду. Эффективная длинна скана ~210мм (ширина листа А4). Прибавим холостую пробежку. Пусть итоговая ширина сканлинии будет 250мм. Итого за секунду лазерный луч пробежит 250,000мм.
При модуляции 100 раз на мм получим более чем приемлемую ширину точки в 0,01мм. Значит искомая частота модуляции составит 25 MHz.
Это верхняя граница оценки частоты. На практике будет достаточно частот от 2-3 до 10 раз меньших.
Прикинув все требования, имеющиееся в открытом доступе схемы, а также риски сжечь недешёвый лазерный диод - я принял решение не изобретать велосипед, а взять готовый специализированный лазерный драйвер. Наподобие тех, что используются в CD/DVD/BD-ROM.
Основная масса драйверов отсеялась сразу, по требуемой мощности. Ещё часть отсеялась при попытках их купить. Какие-то недоступны в розницу, даже у китайцев. Какие-то сняты с производства.
В итоге осталось 3 чипа. Которые и были куплены
Вот их краткие ТТХ и ссылки на более подробное описание.
Mindspeed M08889
Package 6x5mm, QFN36, 0.5mm pin pitch.
Питание 1.8V + 3.3V
Datasheet в открытом доступе.
3 канала, до 1500-2000mA/5.25V на канал
64 уровня выходного сигнала (6 бит на шкале 10 бит) со скоростью 12.5 Msps
цифровые входы, 3.3v
I2C шина для управления, макс. 3.4 Mhz
возможность использовать встроенный таймер на 25MHz, минимальная ширина импульса 40ns.
датчик температуры, детект короткого замыкания/отсутствия нагрузки на каждом из каналов
Куплены на Taobao по ~320 рублей, в количестве 3 штук.
Intersil ISL58303
Package 4x4mm, TQFN36, 0.5mm pin pitch.
Питание 6.0V
Datasheet недоступен
3 канала, 800-1200mA/5.5V на канал.
256 уровней выходного сигнала (8 бит) со скоростью нарастания-спада [10%:90%] 1.5ns
каналы можно объединять друг с другом, для увеличения выходного тока
SPI шина для управления, макс. 50 Mhz
HFM - борьба со "спеклами"
Куплены на Таобао по ~180 рублей, в количестве 5 штук.
Чем интересна эта микросхема:
1) она используется в базовых станциях Valve Lighthouse/HTC Vive.
Неофициальная утилита LighthouseRedox умеет читать внутренние регистры драйвера.
2) она используется в XBox Kinect One.
Попытки получить confidential datasheet на isl58303 не увенчались успехом. Поэтому было решено восстановить протокол управления с помощью реверс-инжиниринга готового устрйства. Для этого авито был куплен БУ Kinect за смешные 2000 рублей.
iC Haus iC-HG
Package 5x5mm, QFN36, 0.5mm pin pitch.
Вся информация в открытом доступе.
Питание от 3 до 5.5V
6 каналов, 500mA-1500mA на канал. До 9А в импульсном режиме.
можно объединять не только каналы, но и целые микросхемы, для увеличения выходного тока
Аналоговое управление: мощность каждого канала управляется токовым входом. Включение канала TTL.
64 уровня выходного сигнала - при условии упрощения, перехода на логарифмическое распределение уровней каналов + цифровое подключение канала в выходу.
Скорость модуляции 200Mhz
Производитель немецкий. Микросхемы не настолько массовые, как предыдущие. У китайцев такие микросхемы есть, но ценник ничем не отличается от Германии.
В Санкт-Петербурге был найден оф. представитель iC-Haus. Через которого я и заказал 2 микросхемы. Цена немецкая + 18% НДС. Итого 2430 рублей за обе. От выставления счёта до приезда микросхем прошло ~1,5 месяца.
Проверка работоспособности драйвера
Исскуственная нагрузка
Лазерный диод питается током. При этом ток нельзя сильно превышать даже на микросекундном интервале - сгорят зеркала резонатора, и лазер превратится в тусклый светодиод. К таким же последствиям может привести статическое электричество: наведённая микровпышка и сгоревший лазер.
Помимо ESD защиты, управления током и его стабилизации, от драйвера требуется модуляция на высоких частотах.
Вычислим порядок частоты модуляции.
Пусть шестигранное полигональное зеркало вращается со скоростью 10,000 RPM. Тогда лазерный луч будет совершать 1000 сканов в секунду. Эффективная длинна скана ~210мм (ширина листа А4). Прибавим холостую пробежку. Пусть итоговая ширина сканлинии будет 250мм. Итого за секунду лазерный луч пробежит 250,000мм.
При модуляции 100 раз на мм получим более чем приемлемую ширину точки в 0,01мм. Значит искомая частота модуляции составит 25 MHz.
Это верхняя граница оценки частоты. На практике будет достаточно частот от 2-3 до 10 раз меньших.
Прикинув все требования, имеющиееся в открытом доступе схемы, а также риски сжечь недешёвый лазерный диод - я принял решение не изобретать велосипед, а взять готовый специализированный лазерный драйвер. Наподобие тех, что используются в CD/DVD/BD-ROM.
Основная масса драйверов отсеялась сразу, по требуемой мощности. Ещё часть отсеялась при попытках их купить. Какие-то недоступны в розницу, даже у китайцев. Какие-то сняты с производства.
В итоге осталось 3 чипа. Которые и были куплены
Вот их краткие ТТХ и ссылки на более подробное описание.
Mindspeed M08889
Куплены на Taobao по ~320 рублей, в количестве 3 штук.
Intersil ISL58303
Куплены на Таобао по ~180 рублей, в количестве 5 штук.
Чем интересна эта микросхема:
1) она используется в базовых станциях Valve Lighthouse/HTC Vive.
Неофициальная утилита LighthouseRedox умеет читать внутренние регистры драйвера.
2) она используется в XBox Kinect One.
Попытки получить confidential datasheet на isl58303 не увенчались успехом. Поэтому было решено восстановить протокол управления с помощью реверс-инжиниринга готового устрйства. Для этого авито был куплен БУ Kinect за смешные 2000 рублей.
iC Haus iC-HG
Производитель немецкий. Микросхемы не настолько массовые, как предыдущие. У китайцев такие микросхемы есть, но ценник ничем не отличается от Германии.
В Санкт-Петербурге был найден оф. представитель iC-Haus. Через которого я и заказал 2 микросхемы. Цена немецкая + 18% НДС. Итого 2430 рублей за обе. От выставления счёта до приезда микросхем прошло ~1,5 месяца.
Проверка работоспособности драйвера
Исскуственная нагрузка