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(多图) 一种新颖的MEMS光开关测量平台的设计与实现

作者:中电网/吉林大学电子科学与工程学院微电子学专业 小冬?? 刘睿?? 2006年08月18日 ?? 收藏0

?????? 1 引言

?????? 随着光通信技术的迅速发展,MEMS光开关由于具有插入损耗和串话小、消光比高、稳定性好、透明性和可扩展性好、易于集成、偏振不灵敏等优点,将成为核心光交换器件的主流。其静电驱动是目前广泛研究的一种,常见的静电驱动方式有:梳状电极、SDA(scratch drive actuator)、悬臂驱动和扭臂驱动等。悬臂和扭臂驱动的驱动电压高 于前两者,但结构简单、工艺上容易实现。在选取其微反射镜最佳工作状态时,需要电压、频率,占空比连续可调的方波信号为激励源。传统的选取方法需要示波器、脉冲信号发生器,直流稳压源三台仪器协调工作才能完成,并且存在诸多弊端,如:测量仪器成本高、操作繁琐、测试周期长、测量精度低等。而在本文介绍的测量平台中,通过高幅值利用单片机控制脉冲频率的方法来选择器件。与当前同类方法相比,具有精度高、可靠性强、成本低、易操作等优点。

?????? 2 光开关工

作原理

?????? 图1为2×2微机械光开关的结构示意图,可以采用体硅微机械加工的方法在(100)硅片上制作。微反射镜和上电极连在一起,在没有电压输入时,上电极的位置不动,微反射镜处在光通路上,从入射光纤发出的光被微反射镜反射,改变方向后进入到镜面同一侧的出射光纤中,这是开关的反射状态。当上电极和下电极之间有电压输入时,在静电力的作用下,上电极带动微反射镜移开光通路,入射光沿直线传播进入前方的出射光纤,这是开光的直通状态。图2为阈值电压随扭梁的厚度变化曲线,图3为驱动电压与悬梁位移之间的关系曲线。
?????????????????????????????? 2×2微机械光开关的结构示意图
?????????????????????????? 阈值电压随扭梁的厚度变化曲线
?????????????????????????????? 驱动电压与悬梁位移之间的关系曲线
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?????? 3 方案设计与分析?

?????? 其工作原理是先由单片机产生频率占空比可调的脉冲信号,但因最终信号的电压幅值在40~70V,远大于单片机的工作电压(5V),故将单片机产生的信号先接光耦隔离,再输出到后级的放大电路,然后根据放大电路的调整,输出峰峰值可调的信号。由此可见系统设计主要涉及三个关键部分:产生频率和占空比可调的方波信号、信号放大以及最终信号幅值的测量。

?????? 3.1方波信号源的设计

?????? 方波信号的产生电路主要由AT89C2051单片机、晶振电路、键盘参数输入和LED状态显示等部分组成。单片机AT89C2051由软件控制,产生方波信号。软件的设计是利用AT89C2051内计数器/定时器T0和T1互相配合来控制方波的频率和占空比的。AT89C2051使用12M晶振,所以单片机执行一条指令的时间为1μs,这样根据键盘输入的频率值f和占空比d, 得到周期时间常数Tt(T t=1/f)和正脉冲的时间长度T d(Td=Tt×d%),分别送给计数器/定时器T0、T1。T0、T1同时开始计数,同时使输出为高电平,因为Td≤T t, 故T1首先计满溢出,执行T1的中断服务子程序,拉低输出电平使输出低电平,同时停止T1计数。在等待一段时间,待到T0计满,

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