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精品文檔-下載后可編輯基于SFP封裝的數(shù)字可調(diào)光衰減器的實(shí)現(xiàn)-基礎(chǔ)電子摘要:本文主要對(duì)基于封裝的數(shù)字可調(diào)光衰減器(VOA)模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。該可調(diào)光衰減器模塊集成了微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)式的可調(diào)光衰減器(VOA)和精密電控制單元,采用標(biāo)準(zhǔn)的SFP封裝和接口,實(shí)現(xiàn)小型化可插拔,高精度數(shù)字化衰減功能。

本文所介紹的VOA不僅具有SFP器件特有的高集成度和靈活配置等特點(diǎn),支持熱插拔和即插即用,同時(shí)還具有MEMS光衰減器固有的反應(yīng)速度快、線性度好、高穩(wěn)定性、高衰減等光學(xué)性能,因此在光網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備和光傳輸系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

0引言

可調(diào)光衰減器(VOA)是光纖通信系統(tǒng)中的一種重要的光纖動(dòng)態(tài)器件,主要用于密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)中信道的功率平衡,實(shí)現(xiàn)增益平坦、動(dòng)態(tài)增益平衡及傳輸功率均衡。而數(shù)字可調(diào)光衰減器由于控制簡(jiǎn)單、體積小,較好的光學(xué)性能而得到了較大的發(fā)展。

目前可調(diào)光衰減器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光通信領(lǐng)域的通信設(shè)備中,通用的做法是在設(shè)備中集成了數(shù)字可調(diào)光衰減器,通過(guò)設(shè)備的軟件根據(jù)系統(tǒng)的需要對(duì)可調(diào)光衰減器的衰減量進(jìn)行調(diào)節(jié),由于VOA集成到了設(shè)備中,光路也必須集成在設(shè)備中,并固定下來(lái),這使得光路系統(tǒng)不能靈活的配置,而在DWDM系統(tǒng)中,不同的站點(diǎn),不同傳輸容量都需要根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)情況進(jìn)行靈活的配置,而VOA作為系統(tǒng)中重要的可配置器件,不能隨著系統(tǒng)的配置而靈活的取舍,使系統(tǒng)設(shè)備的靈活性變差,增加了系統(tǒng)成本。

在光通信領(lǐng)域中,SFP收發(fā)模塊作為標(biāo)準(zhǔn)的可插拔器件,由于其體積小、機(jī)械和光電接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、可插拔等靈活可配置特性,已廣泛在系統(tǒng)設(shè)備中得到應(yīng)用。為了使VOA模塊也能像SFP收發(fā)模塊一樣靈活可配置的應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)備中,本文提出了一種將VOA模塊集成到SFP封裝中,采用SFP標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械和光電接口,使VOA模塊也能像SFP收發(fā)模塊一樣即插即用,非常方便的實(shí)現(xiàn)光衰減功能的取舍。由于采用SFP封裝,體積受到了很大的限制,而基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-ElectroMechanicalSystems,MEMS)技術(shù)的VOA的相對(duì)其他類型的VOA的突出特點(diǎn)就是體積小,控制簡(jiǎn)單,而且具有較好的光學(xué)性能。因此,本文采用MEMSVOA模塊實(shí)現(xiàn)SFP封裝的數(shù)字可調(diào)衰減器。

1數(shù)字式MEMSVOA原理

常見MEMSVOA有反射鏡旋轉(zhuǎn)型和位移遮擋型等。無(wú)論采用哪種類型實(shí)現(xiàn)光功率的衰減,都是通過(guò)光衰減量與MEMS芯片中機(jī)械片的旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,而芯片中機(jī)械片的旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)又與加在上下電極板上的電壓呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此,衰減量與電壓呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,但是衰減量與驅(qū)動(dòng)電壓不是線性關(guān)系。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的衰減控制,需要增加控制電路,預(yù)先將衰減電壓曲線數(shù)據(jù)保存在電路中,通過(guò)客戶發(fā)送的衰減量自動(dòng)查找對(duì)應(yīng)的衰減的電壓,再發(fā)送給VOA驅(qū)動(dòng)電路,驅(qū)動(dòng)電路再輸出對(duì)應(yīng)的電壓給VOA,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的衰減,這樣便達(dá)到了數(shù)字式控制的目的。

2基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器的實(shí)現(xiàn)

基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器由結(jié)構(gòu)部分、光學(xué)模塊MEMSVOA、LC光口、電控制單元CU、電接口等部分組成,其結(jié)構(gòu)和組成示意圖如圖1所示。

在結(jié)構(gòu)方面,采用了標(biāo)準(zhǔn)的SFP封裝,外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在電控制單元部分CU主要由SFP電接口、可編程邏輯器件CPLD、D/A轉(zhuǎn)換、放大器和MEMSVOA組成,如圖3所示。

SFP電接口主要包括I2C接口和電源接口。I2C接口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)及可調(diào)光衰減器的通信,包括讀取存儲(chǔ)單元的相關(guān)信息、讀取存儲(chǔ)的電壓衰減數(shù)據(jù),下發(fā)衰減命令等;CPLD功能模塊主要實(shí)現(xiàn)I2C接口驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和相關(guān)控制功能,I2C接口驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信連接,控制單元接收上位機(jī)的命令,解碼相關(guān)的協(xié)議數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的操作,如果是衰減控制命令,則獲取衰減量數(shù)據(jù),從存儲(chǔ)模塊調(diào)取衰減電壓數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)算法計(jì)算后,輸出的電壓數(shù)據(jù)給D/A轉(zhuǎn)換器,D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大后驅(qū)動(dòng)MEMSVOA,使其達(dá)到相應(yīng)的衰減。在SFP標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)電接口進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定,包括電接口的管腳數(shù)、管腳定義、機(jī)械尺寸等,在SFPVOA中,收發(fā)模塊功能管腳都不需要使用,只保留I2C通信的相關(guān)管腳(PIN4/PIN5)、電源管腳(PIN15/PIN16/PIN20)及狀態(tài)管腳(PIN6)。在光路方面,主要由LC光口和MEMEVOA組成,為了減小體積,降低耦合損耗,采用VOA直接與LC光口耦合方式。

3基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器的應(yīng)用

基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器性能指標(biāo)與MEMS數(shù)字式可調(diào)光衰減器的指標(biāo)相似,具有反應(yīng)速度快、線性度好、高穩(wěn)定性、高衰減等光學(xué)性能,同時(shí)由于采用了SFP封裝,使數(shù)字式可調(diào)衰減器成為了一個(gè)獨(dú)立的光學(xué)模塊,支持熱插拔和即插即用,不需要集成到設(shè)備內(nèi)部,設(shè)備只要預(yù)留出SFP接口,即可根據(jù)系統(tǒng)需要,靈活的配置需要的可調(diào)衰減器,使光路系統(tǒng)變得靈活和簡(jiǎn)單,同時(shí),由于其靈活性的配置,節(jié)省了由于系統(tǒng)布網(wǎng)變化帶來(lái)的成本增長(zhǎng),從而降低了光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整體成本。

4結(jié)語(yǔ)

基于SFP封裝的可調(diào)

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