引言
生物芯片是20世纪末随“人类基因组计划”的研究和发展而产生的一项高新技术，是人们高效地大规模获取生物信息的有效手段。目前大部分生物芯片采用荧光染料标记待测样品分子。生物芯片扫描仪用激光激发荧光染料，通过对激发点的成像，检测一个点；结合生物芯片X-Y二维精密扫描台上移动，实现对整片的扫描。 X-Y二维扫描台的位置检测精度直接影响着扫描分辨率——生物芯片扫描仪性能的关键参数。基于传统的数字电路的生物芯片扫描仪中X-Y二维扫描台的位置检测电路存在计数误差和误清零问题，本文以基于FPGA设计的位置检测电路来解决。以FPGA芯片代替传统的数字电路，不仅可提高系统的集成度和可靠性，而且FPGA最高工作频率已超过200MHz，通过硬件描述语言对FPGA编程，电路设计更加灵活，为生物芯片扫描仪进一步提高扫描速度和扫描分辨率留了更大的裕量。
1 X-Y二维扫描台位置检测原理 
图1 2 74LS193计数器级联实现对细分后的光栅信号16位计数，计数值（即位置数据）通过2片8位74LS245缓冲器输出至控制器。这样，X、Y两个方向的位置检测电路多达14片芯片，占用大量的PCB空间，布线复杂，板上信号间的串扰易引起计数误差和误清零现象，影响扫描台的精确定位。若只用一片FPGA实现位置检测电路，输入为光栅信号，输出即为位置数据，直接送入控制器，避免pcb板间信号串扰，就能有效消除计数误差和误清零现象。
2 X-Y二维扫描台位置检测的FPGA设计方案 
图3 选用Spartan-II系列FPGA（XC2S15-5VQ100）作为X-Y二维扫描台的位置检测电路，并行的对X、Y两路光栅信号的进行辨向、细分、计数，并提供与控制器的接口，实时可靠的将X、Y向位置数据传送给控制器。
对Y向同样如此。本论文只以X向说明之。
由图1和图2可知，当光栅正向移动时，A相、B相的电平逻辑表现为“00”→“10”→“11”→“01”→“00” 序列；当光栅反向移动时，A相、B相的电平逻辑表现为“00”→“01”→“11”→“10”→“00”序列。因此，只要能辨别出这两种序列，就能实现辨向。
2.2 可逆计数器设计
2.3 接口电路设计
接口电路是控制器实时可靠读取X向、Y向的位置数据或清零的接口。接口电路由译码电路、输出三态缓冲器组成。接口电路与控制器的16位数据线CNT用于FPGA向控制器传送位置数据，控制器的3位地址线ADDR作为译码电路的输入：能分别输出X、Y向位置数据，以及分别对X、Y向计数器清零。译码电路可使X向、Y向位置数据复用16位数据线，高效的利用控制器的端口资源；对3位地址信号译码产生清零信号，能有效地防止在只使用一根信号线时受干扰等原因而引起的误清零现象。
在 ISE6.1i 开发平台上，用VHDL语言对辨向细分、计数、接口电路进行编程实现。图4是仿真波形。 图4
XC2S15-5VQ100后，用于生物芯片扫描仪中，准确可靠的实现了位置检测功能。 | 
