1 导言
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电体系）是指将微型机械、微型执行器、信号处理和操控电路等集于一体的可批量制造的微型器材或体系。而MOEMS是 Micro-Opto-Electro- Mechanical System的缩写，意为微光机电体系，把微光学运用到微机电体系中，这是MEMS在光通讯中的重要运用。微光电机械芯片通常是指包括一个以上微机械元件的光体系或光电子体系，其运用将广泛光通讯、光显现、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。
跟着光通讯的快速开展，作为光网络节点的光互连与光交流的位置越来越重要。光交流器材是以光为中心完结光的通断和穿插衔接的体系部件，不存在光电转化。MEMS光开关具有了低损耗和高安稳的长处，且与传输的数据速率和信号协议无关。实用化的MEMS光开关原理十分简略，其结构实质上是一个二维微镜片阵列，当进行光交流时，经过移动或改动镜片视点，把光直接送到或反射到光开关的不同输出端。MEMS光开关是运用机械开关的原理，但又能像波导开关那样，集成在单片硅基底上，因而兼有机械光开关和波导光开关的长处，一起克服了它们所固有的缺陷。MEMS光开关响应速度和牢靠性大大提高，插入损耗和串音低，偏振和波长相关损耗也十分低，对不同环境的适应能力杰出，功率和操控电压较低，并具有闭锁功用。
2 MEMS光开关操控原理
2.1 MEMS光开关简介
典型的MEMS光开关器材可分为二维和三维结构。二维MEMS的空间旋转镜经过外表微机械制造技能单片集成在硅基底上，准直光经过微镜的恰当旋转被接到恰当的输出端。微铰链把微镜铰接在硅基底上，微镜两头有两个推杆，推杆一端衔接微镜铰接点，另一端衔接可平移梳妆电极。转化状况经过调理梳妆电极使微镜发生滚动，当微镜为水平常，可使光束从该微镜上面经过，当微镜旋转到与硅基底笔直时，它将反射入射到它外表的光束，然后使该光束从该微镜对应的输出端口输出。三维MEMS的镜面能向任何方向偏转，这些阵列通常是成对呈现，输入光线抵达第一个阵列镜面上被反射到第二个阵列的镜面上，然后光线被反射到输出端口。
在多种或许的驱动办法中，静电和磁感应法为主选计划。静电法依赖于电荷极性相反的机械元素之间的彼此招引，这是MEMS技能中运用的首要的驱动办法，它具有可重复性和简单屏蔽等长处。磁感应驱动依赖于磁体或许电磁体之间的彼此招引。尽管磁感应驱动能够发生更大的驱动力并具有较高的线性度，但由于磁感应运用中还有许多问题有待于处理，所以现在静电驱动计划仍然是牢靠设备的最佳挑选。
本文论述的操控计划针对的是二维结构、选用静电法驱动的MEMS光开关。
2.2 操控原理与进程
MEMS 4&mes;4光开关是OXC节点设备中的中心子体系之一。其在整个体系中担任将4种波长的光依照要求进行路由切换，以到达光交流的意图。
MEMS光开关的长处在于光波路由的切换是经过外部操控信息以及相应的凹凸电平操控内部16块微镜片抬升与否来完结的。咱们选用的MEMS光开关规定在操控信息的格局上，不论其内部有多少个微镜片，都需求由一系列“1”和“0”组成的 64位串行数据来完结操控。
根据MEMS光开关的详细作业原理以及所需数字信号间的时序联系，所需的64位操控信息、以及其他信号（如CLK、ENA信号）能够由高速单片机来供给。
本操控体系在单板调试期间，由一台PC机的相应程序模仿本地操控，宣布相应的路由信息。PC机的信息经过串口发送给单片机，单片机再进跋涉一步的操控动作。MEMS光开关路由成功与否等信息由单片机读取其内部寄存器中的64位操控数据，与原始的正确的64位数据进行比照完结。操作完结后，又由单片机经过串口向PC机发生相应的反应信息。构成人机、长途与本地之间的交互。
为了坚持与整个OXC体系的兼容性，MEMS 子体系除了能够受控于本地单片机，应该还能够由专门的主操控电路中的FPGA芯片直接操控。如此一来就能够做到保证子体系满有把握。为此，电路规划上也将为其保存接口。
3 操控体系规划
根据前述原理，该子体系的规划将分为硬件和软件规划两方面。
3.1 硬件规划计划
实验阶段将为MEMS规划四个操控通道，其间保存厂家的测验板电路并以此作为一个操控通道 ；为本地单片机不同类型的操控信息供给两个通道；此外，为将来或许用到的FPGA芯片操控信息预留一个通道。实践运用阶段将只保存一个单片机通道与一个FPGA操控通道。
在单板调试期间，路由与办理信息来自模仿网管的PC机软件，而在实践运用中，全部路由与办理信息将来自主操控板。图1是硬件规划框图。
尽管实验与实用阶段操控通道不止一个，但某一时期起作用的只要一个通道。通道的切换经过手动跳线完结。
单片机选用高速低耗双串口多中止的单片机。此单片机将为MEMS光开关供给64位操控信息以及所需的其他操控信号，如时钟CLK信号、路由使能信号等。
并-串转化电路用于将单片机并行宣布的操控信息转化成MEMS要求的串行数据。这一功用由单片机和并-串转化芯片共同完结 ；串-并转化电路用于单片机并行读入MEMS内部寄存器中的串行原始路由信息。这一功用由单片机和串-并转化芯片共同完结。
3.2 软件规划计划：
由于在调试中需求人机交互，所以需求PC机程序和单片机操控程序各一套。两套程序经过RS-232接口进行通讯。程序间的通讯协议拟定如下：
（1） PC发往单片机的数据
PC机程序选用图形界面，收发的各种信息将会在程序界面上给办理员作出相应的实时提示。图2给出PC机网管模仿程序流程图。
单片机操控程序与PC机程序比较，难度在于其既要发送MEMS需求的时钟信号、使能信号等，又要发送64位微镜片操控数据。这些信号之间有着严厉的时序联系。编程时应该特别注意延时程序和指令编写技巧。单片机程序流程图，如图3所示。
4 结束语
经过软硬件的和谐作业，MEMS光开关子体系能够顺利完结对多路光波路由的恣意切换。调试阶段办理员运用计算机软件模仿网管发送路由操控指令给MEMS操控板上的单片机，实践运用中此路由操控指令由体系中的主操控板宣布。单片机收到指令后，宣布详细的、契合MEMS光开关操控要求的指令，操控MEMS光开关内部镜片相应动作，然后完结光路的穿插衔接。此进程无需进行任何光-电转化。
