[发明专利]一种光开关阵列的校准控制电路

说明书

本发明公开了一种光开关阵列的校准控制电路，包括控制电路、驱动电路、反馈校准电路及微波光子链路，控制电路包括FPGA、串并转换器和电开关，电开关包括两个输入端和两个输出端，微波光子链路包括光开关阵列，光开关阵列包括多个串联连接的电光开关，所述电光开关为双臂MZI结构，包括两个并行的移相器，反馈校准电路包括多通道ADC，驱动电路包括多通道DAC，每个电光开关的两个并行的移相器一一对应的连接一个电开关的两个输出端，每个电开关的两个输入端分别对应连接DAC的一个输出IO口；本发明的优点在于：解决现有技术元器件数量成本高，控制码传输时间长的问题。

技术领域

本发明涉及集成光电子技术领域和微电子技术领域，更具体涉及一种光开关阵列的校准控制电路。

背景技术

光开关可以对光进行路径切换，在光交换网络、光波束形成等领域有广泛的应用。硅基马赫-曾德尔干涉型(MZI)电光开关因其切换速度快(切换时间100ns)、功耗低(1mW)、集成度高等优点，在众多光开关分类中占据重要的地位。

图1给出了2×2(2进2出)电光开关的示意图。开关采用了双臂移相马赫增德尔干涉(MZI)结构，器件由两个功分器和两个移相器组成，当移相器A加偏压VA，另一移相器B加偏压0V，开光处于直通状态；当移相器A加偏压0V，移相器B加偏压VB时，开光处于交叉状态。由于工艺误差，每个开关的驱动电压VA和VB的值不同，而且会随温度而变化，因此需要校准标定。将8级光开关与7级延时线串联，可以构成7bit光开关延时线，该光开关延时线可应用于光控相控阵波束形成，这种串联光开关阵列是光开关阵列的一种重要形式。

MZI电光开关需要通过外部电路来控制开关状态的切换，控制电路的性能对光开关阵列的性能有重要影响。首先，控制电路的精度对光开关的消光比有直接的影响。其次，从器件整体(包含控制电路)考虑，开关状态的切换时间还包括了控制电路中控制信号的传输时间。最后，由于工艺偏差，同一颗芯片上多个开关的驱动电压也会存在个体差异，因此控制电路还需要对每个电光开关的开关电压进行逐一校准。结合实际应用需求，光开关的控制电路需要满足以下要求：

1)大规模阵列。光开关通常以大规模阵列形式出现，如在32(进)×32(出)光开关阵列芯片或者64通道6bit光开关延时阵列芯片中，电光开关数量通常在数百以上。

2)高精度。为了实现较高的光开关消光比，电光开关的驱动电压精度需要达到mV级别。

3)电压可调与校准。由于个体差异，每个开关的驱动电压不同，因此需要可调的驱动电压，并且需要通过反馈校准电路对每个开关的驱动电压进行校准。

4)高速。电光开关自身的切换时间约为100ns，控制信号的传输时间过长将会弱化电光开关快速切换的优势。

目前，对于光开关阵列的校准控制电路已有一些解决方案。图2a为浙江大学提出的一种光开关阵列的控制电路(吴亚群，面向波分复用系统的阵列波导光栅器件与光开关电路模块，2018年，硕士毕业论文)，FPGA输出控制码，控制驱动电路的输出电压在开电压和关电压之间切换，进而控制光开关的状态，该驱动电路不具备校准驱动电压的功能，光开关的驱动电压通过手动设定。重庆联合微电子中心提出了一种光开关偏压标定的方法(CN112710454A)，如图2b所示，通过激光器、开关阵列、光功率计构建简单的光子链路，但是该专利申请中未提供具体控制电路设计。图2c对图2b中的控制电源做了简单的替换。针对光开关的高精度偏压需求，可采用DAC(数模转换器)，来提供高精度驱动电压，DAC的控制码位数越多，输出的电压精度越高。DAC配合FPGA能提供可调节的偏压，因此图2b中的控制电路可以由图2c中的校准控制电路替代。