光交叉連接的硬件設計和應用

文/張佩然

1 系統總體架構

光交叉控制系統由5個部分組成，包括系統總控板、背板、光交叉連接板1、光交叉連接板2、Compact PCI接口。如圖1所示為系統總體架構圖。

在圖1中，利用Compact PCI接口建立各個控板之間的通信連接，從而實現光交叉控制。關于網絡通信控制，是通過網絡和串口連接訪問端口，選取TCP/IP協議作為通信協議，數據信息在此協議的控制下得以傳輸。

2 光交叉連接的硬件設計

本系統采用空間交換型連接方式，在電信號層和光信號層之間建立通信連接，利用MEMS光開關進行有效控制，通過驅動光檢測器，采集光信號。如圖2所示為光交叉連接硬件設計圖。

按照如圖2所示的硬件線路連接方案布設現場，當系統端口檢測到光信號時，此端口將直接傳輸90%光信號能量，經過光電裝換模塊處理，最終傳輸到控制中心。在實際運行過程中，通過分析光信號功率與輸出電壓之間的關系，識別線路光電變化情況。本系統硬件平臺的搭建中含有放大電路，可以將采集到的信號放大，便于用戶查看。另外，本系統還支持門限處理，對放大后的信號加以限制，對其采取轉換處理，形成離散數字電平信號。通過觀察顯示器輸出電壓數值，可以準確判斷通過信號。如果輸出數值為“3.3V”，則判斷有光信號通過。以上為模擬電路輸出判斷方式，如果使用數字電路加以判斷，設置“1”為無光信號通過，“0”為有光信號通過。

實際上，整個系統硬件電路的核心控制器為FPGA芯片，利用此芯片對OXC板進行有效控制，通過編寫Verilog語言編寫與之功能相匹配的程序，實現光交叉信號采集與傳輸，為信號分析提供數據支撐。本系統的開發主要支持以下兩項功能操控：

2.1 凌鏡位置操控

在計算機操控終端輸入64比特數據，通過PCI傳輸至現場控制終端，利用FPGA芯片驅動光開關控制電路，下達凌鏡控制命令?！?”代表凌鏡下降操控命令；“1”代表凌鏡上升操控命令。

2.2 光檢測

利用8進8出操控電路，對信號輸入與輸出加以操控，從而實現光檢測。在輸入端輸入信號，經過放大電路和光檢測鏈路處理，對采集到的光信號加以放大處理，經過PCI芯片傳送到總控板，在計算機顯示器上得以顯示。“1”代表無光；“0”代表有光。

3 系統應用分析

為了探究本系統知否可以準確采集光信號，在信號采集傳輸過程中是否會發生延遲，導致信號失真，本文將系統硬件電路投入到實際應用當中，選取光交叉信號交換時間為測試指標展開應用分析。

3.1 測試1

在編號為1的輸入端口與光源之間建立通信連接，在編號為1的端口處放置光源，測試結果顯示，編號為1的端口有光源，編號為2的端口無光源。此時為電路配置OXC，并創建端口1與端口2之間的通信連接，觀察測試結果，編號為2的端口從無光轉換到有光狀態。

另外，為了測試信號跳變情況，本次測試在OXC板上設置兩個開關配置時間，即t1和t2。其中，t1代表端口1接收光開關信號引腳變化時間，t2代表端口2接收光開關信號引腳變化時間，則光開關配置時間為△t=t1-t2。測試結果顯示，△t=2.2ms，在可控范圍之內，并且兩個信號均發生跳變。由此可以判斷，本系統可以實現光交叉。

3.2 測試2

通過測試1實驗內容的開展，已經驗證了系統支持光交叉處理，在其基礎上，布設5個凌鏡，利用此硬件裝置分別控制凌鏡狀態，通過觀察凌鏡狀態變化時間，從而判斷系統硬件電路是否存在延遲情況。

按照圖2所示方案圖搭建硬件平臺，建立端口2與端口4、端口3與端口5、端口6與端口8、端口7與端口9之間的通信連接，下達驅動命令，測試配置時間為△t=2.28ms，觀察各個凌鏡從靜止到下降狀態變化的時間幾乎相同。因此，本文設計的系統硬件電路不存在延遲情況，滿足光交叉配置需求。

圖1：系統總體架構圖

圖2：光交叉連接硬件設計圖

4 總結

本文主要對光交叉控制系統硬件電路連接問題展開研究，通過分析系統總體框架結構，利用MEMS光開關進行有效控制，通過驅動光檢測器，實現光信號采集，利用空間交換型連接方式建立電信號層和光信號層之間通信連接，形成光交叉系統硬件電路。應用測試結果表明，本系統不存在延遲情況，可以有效控制光交叉信號，有助于網絡交換集成器開發。