基于SFP封裝的數(shù)字可調(diào)光衰減器設(shè)計(jì)

　　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，通過設(shè)備的軟件根據(jù)系統(tǒng)的需要對可調(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，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-Electro-Mechanical Systems， MEMS）技術(shù)的VOA的相對其他類型的VOA的突出特點(diǎn)就是體積小，控制簡單，而且具有較好的光學(xué)性能。因此，本文采用MEMS VOA模塊實(shí)現(xiàn)SFP封裝的數(shù)字可調(diào)衰減器。

　　1 數(shù)字式MEMS VOA原理

　　常見MEMS VOA有反射鏡旋轉(zhuǎn)型和位移遮擋型等。無論采用哪種類型實(shí)現(xiàn)光功率的衰減，都是通過光衰減量與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應(yīng)關(guān)系，因此，衰減量與電壓呈一一對應(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，通過客戶發(fā)送的衰減量自動(dòng)查找對應(yīng)的衰減的電壓，再發(fā)送給VOA驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路再輸出對應(yīng)的電壓給VOA，從而實(shí)現(xiàn)對應(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MEMS VOA、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MEMS VOA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)過算法計(jì)算后，輸出精確的電壓數(shù)據(jù)給D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器對電壓的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號經(jīng)過放大器放大后驅(qū)動(dòng)MEMS VOA，使其達(dá)到相應(yīng)的衰減。

　　在SFP標(biāo)準(zhǔn)中，對電接口進(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SFP VOA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MEME VOA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)變化帶來的成本增長，從而降低了光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備整體成本。

　　4 結(jié)語

　　基于SFP封裝的可調(diào)光衰減器符合光學(xué)設(shè)備中傾向于可插拔光學(xué)裝置的趨勢，具備了SFP模塊的便攜靈活特點(diǎn)，同時(shí)又具備了傳統(tǒng)可調(diào)光衰減器類似的光學(xué)性能，非常適合應(yīng)用于復(fù)雜的波分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)備，靈活的組成各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。