一種新穎MEMS光開關(guān)測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、一種新穎mems光開關(guān)測(cè)量平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)隨著光通信技術(shù)的快速進(jìn)展，光開關(guān)因?yàn)榫哂胁迦霌p耗和串話小、消光比高、穩(wěn)定性好、透亮性和可擴(kuò)展性好、易于集成、偏振不敏捷等優(yōu)點(diǎn)，將成為核心光交換器件的主流。其靜電驅(qū)動(dòng)是目前廣泛討論的一種，頻繁的靜電驅(qū)動(dòng)方式有：梳狀電極、sda（scratch drive actuator）、懸臂驅(qū)動(dòng)和扭臂驅(qū)動(dòng)等。懸臂和扭臂驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)高 于前兩者，但結(jié)構(gòu)容易、工藝上簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。在選取其微反射鏡最佳工作狀態(tài)時(shí)，需要電壓、頻率，占空比延續(xù)可調(diào)的方波信號(hào)為激勵(lì)源。傳統(tǒng)的選取辦法需要、脈沖，直流穩(wěn)壓源三臺(tái)儀器協(xié)調(diào)工作才干完成，并且存在諸多弊端，如：測(cè)量?jī)x器成本高、操作繁瑣、測(cè)試周期

2、長(zhǎng)、測(cè)量精度低等。而在本文介紹的測(cè)量平臺(tái)中，通過高幅值利用控制脈沖頻率的辦法來挑選器件。與當(dāng)前同類辦法相比，具有精度高、牢靠性強(qiáng)、成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。2 光開關(guān)工作原理圖1為2×2微機(jī)械光開關(guān)的結(jié)構(gòu)暗示圖，可以采納體硅微機(jī)械加工的辦法在（100）硅片上制作。微反射鏡和上電極連在一起，在沒有電壓輸入時(shí)，上電極的位置不動(dòng)，微反射鏡處在光通路上，從入射光纖發(fā)出的光被微反射鏡反射，轉(zhuǎn)變方向后進(jìn)入到鏡面同一側(cè)的出射光纖中，這是開關(guān)的反射狀態(tài)。當(dāng)上電極和下電極之間有電壓輸入時(shí)，在靜電力的作用下，上電極帶動(dòng)微反射鏡移開光通路，入射光沿直線傳揚(yáng)進(jìn)入前方的出射光纖，這是開光的直通狀態(tài)。圖2為閾值電壓

3、隨扭梁的厚度變幻曲線，圖3為驅(qū)動(dòng)電壓與懸梁位移之間的關(guān)系曲線。3 計(jì)劃設(shè)計(jì)與分析其工作原理是先由單片機(jī)產(chǎn)生頻率占空比可調(diào)的脈沖信號(hào)，但因終于信號(hào)的電壓幅值在4070v，遠(yuǎn)大于單片機(jī)的工作電壓（5v），故將單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)先接光耦隔離，再輸出到后級(jí)的放大，然后按照放大電路的調(diào)節(jié)，輸出峰峰值可調(diào)的信號(hào)。由此可見系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要涉及三個(gè)關(guān)鍵部分：產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)的方波信號(hào)、信號(hào)放大以及終于信號(hào)幅值的測(cè)量。3.1方波信號(hào)源的設(shè)計(jì)方波信號(hào)的產(chǎn)生電路主要由at89c20、晶振電路、鍵盤參數(shù)輸入和狀態(tài)顯示等部分組成。單片機(jī)at89c2051由軟件控制，產(chǎn)生方波信號(hào)。軟件的設(shè)計(jì)是利用at89c2051內(nèi)計(jì)數(shù)器

4、/定時(shí)器t0和t1相互協(xié)作來控制方波的頻率和占空比的。at89c2051用法12m晶振，所以單片機(jī)執(zhí)行一條命令的時(shí)光為1s,這樣按照鍵盤輸入的頻率值f和占空比d, 得到周期時(shí)光常數(shù)tt（t t=1/f）和正脈沖的時(shí)光長(zhǎng)度t d(td=tt×d%),分離送給計(jì)數(shù)器/定時(shí)器t0、t1。t0、t1同時(shí)開頭計(jì)數(shù)，同時(shí)使輸出為高電平，由于tdt t, 故t1首先計(jì)滿溢出，執(zhí)行t1的中斷服務(wù)子程序，拉低輸出電平使輸出低電平，同時(shí)停止t1計(jì)數(shù)。在等待一段時(shí)光，待到t0計(jì)滿，再調(diào)用執(zhí)行t0的中斷服務(wù)子程序， t0、t1重新裝載定不時(shí)數(shù)并開頭計(jì)時(shí)，同時(shí)把輸出電平拉回高電平。由此完成一個(gè)周期的輸出。頻率

5、和占空比的轉(zhuǎn)變只需轉(zhuǎn)變t0、t1的定不時(shí)數(shù)。輸出的波形4。3.2 信號(hào)放大部分單片機(jī)輸出的方波信號(hào)高電平常惟獨(dú)5v左右，而輸出要達(dá)到4070v，一般的放大電路不能承受這么大的電壓。因此在設(shè)計(jì)中采納mos管，而且mos管有很好的開關(guān)性能，會(huì)使輸出波形很好。電路5。由lm317搭建的（見圖6）提供40 70v的直流電壓vcout。這個(gè)直流電壓輸出值可由圖中的滑動(dòng)變阻器wr調(diào)節(jié)。vcout通過上拉加在 mos管的漏級(jí)上，這樣當(dāng)mos管工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，從漏級(jí)的輸出的電壓就在0v和 vcout之間變幻，就由此產(chǎn)生幅值為v cout的方波信號(hào)?？梢?，只要單片機(jī)輸出的方波信號(hào)可控制mos管的開關(guān)狀態(tài)，即可

6、使輸出高幅值的方波信號(hào)與單片機(jī)由軟件設(shè)計(jì)輸出的方波同頻率同占空比。但是單片機(jī)輸出的信號(hào)大約在5v左右，若與后面加有高達(dá)4070v電壓的mos管挺直相連，這樣當(dāng)mos管后級(jí)短路輸出的高壓很簡(jiǎn)單被引入單片機(jī)內(nèi)，將單片機(jī)燒壞。因此必需采納措施避開這種危急的發(fā)生。在此設(shè)計(jì)中采納光耦使得后面輸出的高電壓與單片機(jī)工作時(shí)的5v低壓平安隔離開。3.3 終信號(hào)幅值的測(cè)量最后輸出的信號(hào)為方波信號(hào)，要想挺直測(cè)量輸出的峰峰值很困難。但分析完電路不難發(fā)覺當(dāng)mos管截止時(shí)，mos管的輸出 vout與穩(wěn)壓源提供的vcout 幾乎相等。由此可知可以通過測(cè)量穩(wěn)壓源輸出的v cout直流電壓，即可得mos管輸出方波信號(hào)的峰峰值。

7、在測(cè)量電壓值不是很精確的狀況下，可挺直把穩(wěn)壓源提供的vcout經(jīng)電阻按比例分壓，分出的電壓通過a/d轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)處理，所得的結(jié)果乘以比例系數(shù)，即可得 vcout的實(shí)際電壓值。將這個(gè)值挺直送顯示部分，則很直觀的顯示出方波峰峰值。在我們實(shí)際設(shè)計(jì)的儀器中，顯示的vout測(cè)量值與空載時(shí)的輸出值誤差不超過±0.5v。證實(shí)在測(cè)量電壓值要求不是很精確的狀況下，這種計(jì)劃是便利可行的。3.4 主控平臺(tái)和顯示部分從總體來看，產(chǎn)生信號(hào)的部分和終于信號(hào)幅值測(cè)量顯示部分是各自自立分開的，由兩個(gè)at89c2051分離完成形成一個(gè)容易的分布式結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)提高了囫圇軟件部分的穩(wěn)定性。主控平臺(tái)由第一個(gè)at89c

8、2051來完成，挺直控制方波信號(hào)的產(chǎn)生，而且還包括方波信號(hào)的頻率、占空比的設(shè)置和顯示，提供友好的人機(jī)接口。對(duì)于輸出的信號(hào)，應(yīng)當(dāng)給用戶盡量直觀的結(jié)果，在主控平臺(tái)提供頻率和占空比顯示的同時(shí)，還應(yīng)用法戶直觀精確地知道輸出信號(hào)幅值，這樣在用戶沒有第三方的測(cè)量?jī)x器的狀況下，對(duì)儀器操作十分便利和精確。這部分的工作就由其次個(gè) at89c2051和a/d轉(zhuǎn)換器ad0804協(xié)作完成。單片機(jī)核心部分源程序如下： /generate pulse signal/period= the period of pulse signal/positive=the length of positive voltagetimer

9、0() interrupt 1 using 1 unsigned int temp;out=1; /output vohtemp=65535-period;tl0=temp; /set value for timer0th0=temp>>8;temp=65535-positive;tl1=temp; /set value for timer1th1=temp>>8;tr1=1;tr0=1; /start timer1, 0timer1() interrupt 3 using 2 out=0; /timer1記滿,output voltr1=0; /stop timer14 結(jié)語測(cè)量懸臂和扭臂驅(qū)動(dòng)的光開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電