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EL6249C及其在MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試中的運(yùn)用
摘要：EL6249C是美國Elantec半導(dǎo)體公司推出的四通道激光二極管電流放大器。文中根據(jù)頻閃成像原理，利用EL6249C設(shè)計(jì)了一套頻閃驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路可驅(qū)動(dòng)高亮LEC，以產(chǎn)生MEMS動(dòng)態(tài)測(cè)試中所需的頻閃光，為后續(xù)MEMS器件的動(dòng)態(tài)特性提取和分析做準(zhǔn)備。關(guān)鍵詞：MEMS EL6249C 動(dòng)態(tài)測(cè)試 頻閃
１ 引言
微電子機(jī)械系統(tǒng)（ＭＥＭＳ）是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多學(xué)科交叉的新興學(xué)科。由于它與傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)相比，具有可大批量生產(chǎn)、成本低、功耗小、集成化等一系列顯著的優(yōu)點(diǎn)，近十年來得到了迅速的發(fā)展。隨著ＭＥＭＳ從研究階段逐漸步入產(chǎn)業(yè)化階段，其對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的需求也越來越迫切。特別是對(duì)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試技術(shù)，這是因?yàn)椋停牛停拥膭?dòng)態(tài)特性決定了ＭＥＭＳ器件的基本性能；而且ＭＥＭＳ微結(jié)構(gòu)三維微運(yùn)動(dòng)情況、材料屬性及機(jī)械力學(xué)參數(shù)、ＭＥＭＳ可靠性與器件失效模式、失效機(jī)理等關(guān)鍵問題均可通過ＭＥＭＳ動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)加以解決；同時(shí)，通過動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)，還可以研究一系列相關(guān)的基礎(chǔ)理論問題。因此，ＭＥＭＳ動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)近年來得到了國內(nèi)外許多ＭＥＭＳ研究機(jī)構(gòu)的高度重視。
由于許多ＭＥＭＳ器件的運(yùn)動(dòng)頻率都比較高，一般在５０～５００ｋＨｚ左右，甚至更高。在這種情況下，如果用攝像機(jī)在連續(xù)光照下采集高速運(yùn)動(dòng)的ＭＥＭＳ器件的運(yùn)動(dòng)圖像，由于ＣＣＤ的曝光時(shí)間一般需要３０ｍｓ，因此，最終得到的圖像是模糊的。這樣不能正確反映ＭＥＭＳ器件在某一個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)情況。為了能夠采集到高速運(yùn)動(dòng)的ＭＥＭＳ器件的清晰運(yùn)動(dòng)圖像，筆者引用了頻閃成像技術(shù)，同時(shí)利用這個(gè)技術(shù)捕獲到了ＭＥＭＳ器件運(yùn)動(dòng)時(shí)瞬間的清晰圖像。在通過頻閃成像技術(shù)得到一系列不同時(shí)刻不同相位的ＭＥＭＳ器件運(yùn)動(dòng)的清晰圖像后，筆者采用機(jī)器微視覺技術(shù)（如塊匹配或光流法）來對(duì)它們進(jìn)行分析處理，從而得到ＭＥＭＳ器件的運(yùn)動(dòng)特性。頻閃成像技術(shù)的關(guān)鍵問題之一是如何產(chǎn)生頻閃成像所需的頻閃光。選用ＥＬ６２４９Ｃ驅(qū)動(dòng)高亮ＬＥＤ產(chǎn)生所需的頻閃光后，就可以利用頻閃照明原理來采集高速運(yùn)動(dòng)的ＭＥＭＳ器件的清晰圖像，從而為后續(xù)ＭＥＭＳ器件動(dòng)態(tài)特性的提取和分析做充分地準(zhǔn)備。下面具體介紹頻閃成像的原理、ＥＬ６２４９Ｃ的基本功能及其在ＭＥＭＳ動(dòng)態(tài)測(cè)試中的具體運(yùn)用。
２ 頻閃成像原理
運(yùn)動(dòng)ＭＥＭＳ器件的運(yùn)動(dòng)頻率都相當(dāng)高，一般在５０～５００ｋＨｚ左右。為了利用機(jī)器微視覺技術(shù)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的ＭＥＭＳ器件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行描述，可引入頻閃成像技術(shù)。頻閃成像技術(shù)來自頻閃效應(yīng)原理。所謂頻閃效應(yīng)，就是物體在人的視野中消失后能留一定時(shí)間的視覺印象，即視后效。視后效的持續(xù)時(shí)間，在物體一般光度條件下約在１／５～１／２０ｓ的范圍內(nèi)。如果來自被觀察物體的視覺刺激信號(hào)是一個(gè)跟一個(gè)的信號(hào)，每兩次間隔都少于１／２０ｓ，則視覺來不及消失，從而給人以連貫的假象。此時(shí)，如果用一閃一閃的光來照明周期運(yùn)動(dòng)的ＭＥＭＳ器件，則在ＭＥＭＳ器件的運(yùn)動(dòng)頻率與閃光頻率相等時(shí)，就相當(dāng)于閃光燈“凍結(jié)”在某個(gè)位置上，這樣，通過多次曝光即可得到ＭＥＭＳ器件在此相位的清晰圖像。圖１所示為頻閃成像原理。假設(shè)要采集高速運(yùn)動(dòng)的ＭＥＭＳ器件零相位時(shí)的清晰圖像，首先可用函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生照明所需的窄脈沖信號(hào)，此信號(hào)的周期與ＭＥＭＳ器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同且在零相位保持同步。即每個(gè)周期內(nèi)高電平的位置應(yīng)與ＭＥＭＳ驅(qū)動(dòng)信號(hào)的零相位位置一致。只有這樣才能捕捉到ＭＥＭＳ器件零相位時(shí)的運(yùn)動(dòng)圖像。為了使照明的效果進(jìn)一步優(yōu)化，照明信號(hào)高電平的時(shí)間應(yīng)為１００ｎｓ～１０００ｎｓ。這樣，利用這一照明信號(hào)并通過頻閃驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)
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