一种光开关阵列驱动控制系统的制作方法

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1.本实用新型涉及光开关领域，具体是一种光开关阵列驱动控制系统。

背景技术：

2.随着互联网的高速发展，大数据、云计算、物联网、量子通信、人工智能等技术不断渗透、交叉、融合，数据的传送量急速增长，海量数据的传输往往存在传输路径的选择及路由切换，传统电子交换技术存在数据容量小、切换延时长、功耗高、体积大等不足，而基于光开关采用全光交换的光互连技术直接在光域内完成多路光信道间信息的交换，具有高速、宽带、透明、低功耗以及潜在的低成本等诸多优点。
3.一方面，光开关控制和驱动电路是影响光开关性能的重要因素。另一方面，海量数据的传输要求光交换机需具有大端口数，大规模光交换阵列一般会有上千个光开关单元，每个光开关单元均有一个电学接口，需要独立的控制高速光开关，以实现对数据的灵活选择、切换。因此，实现对上千光开关的快速控制成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种光开关阵列驱动控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种光开关阵列驱动控制系统，光开关阵列包括若干光开关单元，系统包括上位机、控制电路、由若干数模转换电路构成的数模转换电路阵列、由若干缓冲驱动电路构成的缓冲驱动电路阵列、由若干高速模拟开关构成的高速模拟开关阵列；所述上位机连接控制电路，控制电路的输出端连接所述数模转换电路阵列，所述数模转换电路阵列中的数模转换电路与缓冲驱动电路阵列的缓冲驱动电路一一对应连接，每两个缓冲驱动电路的输出端共同连接到一个高速模拟开关的输入端，所述高速模拟开关的输出端与光开关单元一一对应连接。
7.在一些实施例中，所述光开关阵列、数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列、高速模拟开关阵列共同布置在电路板上，所述光开关阵列布置在电路板中央，控制电路、数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列及高速模拟开关阵列由外到内层层包围布置，所述光开关阵列布置在电路板的中央，通过自身两侧布置的电接口区与所述高速模拟开关阵列电连接。
8.在一些实施例中，所述上位机用于下发外界指令，与控制电路通过接口转换电路连接。
9.在一些实施例中，所述接口转换电路配置为rs232接口电路或rs422接口电路。
10.在一些实施例中，所述高速模拟开关的型号配置为sn74lvc1g3157dtbr。
11.有益效果：本实用新型可以实现上千路光开关单元的快速控制，输出控制信号的上升沿和下降沿均不大于2ns，解决光开关单元速度快而控制电路速度慢的技术难题，而且
各控制通道之间独立可控，电压调节精度可达0.01v，本实用新型采用超大规模封装芯片和电路控制技术，对于海量数据的大容量、低延时传输和光交换设备的低功耗、小体积的实现，具有重要的意义和实用价值。
附图说明
12.图1为本实用新型的结构框图；
13.图2为本实用新型的电路布局图。
具体实施方式
14.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
15.参见图1，一种光开关阵列驱动控制系统，系统包括上位机、控制电路、由若干数模转换电路构成的数模转换电路阵列4、由若干缓冲驱动电路构成的缓冲驱动电路阵列5、由若干高速模拟开关构成的高速模拟开关阵列6。高速模拟开关的数量与光开关单元的数量相同，数模转换电路、缓冲驱动电路的数量为光开关单元数量的两倍。
16.大规模的光开关阵列7一般具有上千个光开关单元，因此数模转换电路阵列4、缓冲驱动电路阵列5、高速模拟开关阵列6分别包含的数模转换电路、缓冲驱动电路、高速模拟开关的数量为至少上千，电路可实现上千路的信号传输，具有大容量的优点。
17.由于上千路单元电路既需要独立工作，又要求信号低延迟传输，因此整个控制电路系统不能太大，互连传输线不能太长，从而要求元器件布局紧凑，布线密度要非常高。通常靠得很近的信号导体之间有互感和电容，互感和电容会引起耦合噪声或串扰。针对大规模通道间抗干扰的技术难题，本技术如图2所示进行电路板布局。具体地，光开关阵列、数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列、高速模拟开关阵列共同布置在电路板上，光开关阵列布置在电路板中央，控制电路、数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列及高速模拟开关阵列由外到内层层包围布置，光开关阵列通过自身两侧布置的电接口区与高速模拟开关阵列电连接。该布局可以保证整体电路功能实现的同时，使得影响开关信号的线路尽可能的短，从而加快信号传输速度，实现信号上升沿/下降沿快速的跳变。
18.除此之外，在大规模系统级封装电路仿真设计的基础上，采用差分传输线并通过高速信号阻抗匹配设计等措施来设计高速信号电路，具体可通过阻抗匹配仿真软件进行设计，传输线之间的串扰可通过数字电路和模拟电路分开布局、数字电源和模拟电源分开布局以及增加地层的方法解决，还可以通过电容、电感加强滤波进一步降低串扰和噪声干扰，保证最终整个控制电路系统能够可靠有效的工作。由于信号阻抗匹配、降低传输线干扰的方法在现有技术中均有公开，在此不再具体阐述。
19.针对大规模的光交换阵列存在数据选择、切换不及时的问题，本技术中上位机通过接口转换电路1连接控制电路，接口转换电路1配置为rs232接口电路或rs422接口电路。控制电路的输出端连接数模转换电路阵列4，每个数模转换电路的输出端均与缓冲驱动电路的输入端一一对应连接，每两个缓冲驱动电路的输出端共同连接到一个高速模拟开关的
输入端，每个高速模拟开关的输出端对应与一个光开关单元连接。
20.在一些实施例中，控制电路包括mcu2及fpga3，其中mcu2可选型号stm32f103rct6， fpga3可选型号ep4ce40f29c6n。在其他实施例中也可选择其他能够实现相同功能的型号。
21.工作时，上位机接口转换电路1发送对每个光开单元的控制指令到mcu2，mcu2接收指令后解析并发送给fpga3，具体地，一个光开关单元对应四路fpga的通道数量，fpga3 根据接收到的控制指令，分别发送到对应的数模转换电路，控制数模转换电路阵列输出高低驱动电平。
22.在fpga3发送控制指令时，由于每个数模转换电路的输出幅度都是由幅度寄存器的值来决定的，fpga3通过spi口将幅度寄存器的值写数模转换电路相应的寄存器中，可实现高、低电平的独立可调节。一般的，高电平范围配置为2～3v，低电平范围配置为0～1v，具体的值可以由光开关单元的通断电平决定。
23.假定数模转换电路一与缓冲驱动电路一连接，数模转换电路二与缓冲驱动电路二连接，如mcu读取当前fpga3内相应的寄存器的值，获知当前光开关单元为低电平，要求光开关单元切换为高电平，数模转换电路一输出高电平模拟驱动信号到连接的缓冲驱动电路一中，再通过切换高速模拟开关控制信号便可实现。相反，如获知当前光开关单元为高电平，要求光开关单元切换为低电平，数模转换电路二输出低电平模拟驱动信号到缓冲驱动电路二中，同上通过翻转高速模拟开关控制信号便可实现。缓冲驱动电路用于增强信号的驱动能力，一般内置放大器，可以在现有技术中选择相应的型号，在此不做说明。
24.缓冲驱动电路一或二对高/低模拟驱动信号进行放大后，输出到共同连接的高速模拟开关，高速模拟开关的型号可以配置为sn74lvc1g3157dtbr，可以实现0.5ns切换速度，满足光开关单元的使用要求。其他实施例中，也可选择其他型号的能满足使用条件的型号，并不限制。高速模拟开关的控制引脚在缓冲驱动电路一或二输出的高/低模拟驱动信号后，输出高速01翻转信号，实现输出的控制信号的上升沿和下降沿不大于2ns，也实现了对光开关单元的高速控制。
25.本实用新型由于将缓冲驱动电路阵列5设置在高速模拟开关的输入侧，因此对于缓冲驱动电路内置的运放的速度要求大大降低，可以着重在提高运放的驱动能力，器件型号的选择余地大。
26.通过对数模转换电路的位数进行设置，也可以实现高精度的电压调节。例如，如要求输出5v电压，电压调节精度要求10mv，5v/10mv＝500，对于10位的dac来说，2^10＝1024，因此满足幅度调节精度要求。
27.本实用新型的一种光开关阵列驱动控制系统，可以实现大容量、低功耗、多通道输出，通过采用多层高度板、密集布线，还可以实现高密度集成的小体积效果。每一通道输出的高低电平调节范围宽，并且均可进行独立控制，输出控制信号的上升沿和下降沿均不大于2ns，可解决光开关速度快而控制电路速度慢的技术难题。
28.虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
29.故以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术的实施范围；即凡依
本技术的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本技术权利要求的保护范围。

技术特征：

1.一种光开关阵列驱动控制系统，光开关阵列包括若干光开关单元，其特征在于，系统包括上位机、控制电路、由若干数模转换电路构成的数模转换电路阵列、由若干缓冲驱动电路构成的缓冲驱动电路阵列、由若干高速模拟开关构成的高速模拟开关阵列；所述上位机连接控制电路，控制电路的输出端连接所述数模转换电路阵列，所述数模转换电路阵列中的数模转换电路与缓冲驱动电路阵列的缓冲驱动电路一一对应连接，每两个缓冲驱动电路的输出端共同连接到一个高速模拟开关的输入端，所述高速模拟开关的输出端与光开关单元一一对应连接。2.根据权利要求1所述的一种光开关阵列驱动控制系统，其特征在于，所述光开关阵列、数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列、高速模拟开关阵列共同布置在电路板上，所述光开关阵列布置在电路板中央，控制电路、数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列及高速模拟开关阵列由外到内层层包围布置，所述光开关阵列布置在电路板的中央，通过自身两侧布置的电接口区与所述高速模拟开关阵列电连接。3.根据权利要求1所述的一种光开关阵列驱动控制系统，其特征在于，所述上位机用于下发外界指令，与控制电路通过接口转换电路连接。4.根据权利要求3所述的一种光开关阵列驱动控制系统，其特征在于，所述接口转换电路配置为rs232接口电路或rs422接口电路。5.根据权利要求1所述的一种光开关阵列驱动控制系统，其特征在于，所述高速模拟开关的型号配置为sn74lvc1g3157dtbr。

技术总结

本实用新型公开了光开关领域的一种光开关阵列驱动控制系统，光开关阵列包括若干光开关单元，系统包括上位机、控制电路、数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列、高速模拟开关阵列；所述上位机连接控制电路，控制电路的输出端连接所述数模转换电路阵列，数模转换电路阵列、缓冲驱动电路阵列、高速模拟开关阵列、光开关阵列依次连接。本实用新型可以实现上千路光开关单元的快速控制，输出控制信号的上升沿和下降沿均不大于2ns，解决光开关单元速度快而控制电路速度慢的技术难题，而且各控制通道之间独立可控，电压调节精度可达0.01V。电压调节精度可达0.01V。电压调节精度可达0.01V。