光交叉连接的硬件设计和应用

文/张佩然

1 系统总体架构

光交叉控制系统由5个部分组成，包括系统总控板、背板、光交叉连接板1、光交叉连接板2、Compact PCI接口。如图1所示为系统总体架构图。

在图1中，利用Compact PCI接口建立各个控板之间的通信连接，从而实现光交叉控制。关于网络通信控制，是通过网络和串口连接访问端口，选取TCP/IP协议作为通信协议，数据信息在此协议的控制下得以传输。

2 光交叉连接的硬件设计

本系统采用空间交换型连接方式，在电信号层和光信号层之间建立通信连接，利用MEMS光开关进行有效控制，通过驱动光检测器，采集光信号。如图2所示为光交叉连接硬件设计图。

按照如图2所示的硬件线路连接方案布设现场，当系统端口检测到光信号时，此端口将直接传输90%光信号能量，经过光电装换模块处理，最终传输到控制中心。在实际运行过程中，通过分析光信号功率与输出电压之间的关系，识别线路光电变化情况。本系统硬件平台的搭建中含有放大电路，可以将采集到的信号放大，便于用户查看。另外，本系统还支持门限处理，对放大后的信号加以限制，对其采取转换处理，形成离散数字电平信号。通过观察显示器输出电压数值，可以准确判断通过信号。如果输出数值为“3.3V”，则判断有光信号通过。以上为模拟电路输出判断方式，如果使用数字电路加以判断，设置“1”为无光信号通过，“0”为有光信号通过。

实际上，整个系统硬件电路的核心控制器为FPGA芯片，利用此芯片对OXC板进行有效控制，通过编写Verilog语言编写与之功能相匹配的程序，实现光交叉信号采集与传输，为信号分析提供数据支撑。本系统的开发主要支持以下两项功能操控：

2.1 凌镜位置操控

在计算机操控终端输入64比特数据，通过PCI传输至现场控制终端，利用FPGA芯片驱动光开关控制电路，下达凌镜控制命令。“0”代表凌镜下降操控命令；“1”代表凌镜上升操控命令。

2.2 光检测

利用8进8出操控电路，对信号输入与输出加以操控，从而实现光检测。在输入端输入信号，经过放大电路和光检测链路处理，对采集到的光信号加以放大处理，经过PCI芯片传送到总控板，在计算机显示器上得以显示。“1”代表无光；“0”代表有光。

3 系统应用分析

为了探究本系统知否可以准确采集光信号，在信号采集传输过程中是否会发生延迟，导致信号失真，本文将系统硬件电路投入到实际应用当中，选取光交叉信号交换时间为测试指标展开应用分析。

3.1 测试1

在编号为1的输入端口与光源之间建立通信连接，在编号为1的端口处放置光源，测试结果显示，编号为1的端口有光源，编号为2的端口无光源。此时为电路配置OXC，并创建端口1与端口2之间的通信连接，观察测试结果，编号为2的端口从无光转换到有光状态。

另外，为了测试信号跳变情况，本次测试在OXC板上设置两个开关配置时间，即t1和t2。其中，t1代表端口1接收光开关信号引脚变化时间，t2代表端口2接收光开关信号引脚变化时间，则光开关配置时间为△t=t1-t2。测试结果显示，△t=2.2ms，在可控范围之内，并且两个信号均发生跳变。由此可以判断，本系统可以实现光交叉。

3.2 测试2

通过测试1实验内容的开展，已经验证了系统支持光交叉处理，在其基础上，布设5个凌镜，利用此硬件装置分别控制凌镜状态，通过观察凌镜状态变化时间，从而判断系统硬件电路是否存在延迟情况。

按照图2所示方案图搭建硬件平台，建立端口2与端口4、端口3与端口5、端口6与端口8、端口7与端口9之间的通信连接，下达驱动命令，测试配置时间为△t=2.28ms，观察各个凌镜从静止到下降状态变化的时间几乎相同。因此，本文设计的系统硬件电路不存在延迟情况，满足光交叉配置需求。

图1：系统总体架构图

图2：光交叉连接硬件设计图

4 总结

本文主要对光交叉控制系统硬件电路连接问题展开研究，通过分析系统总体框架结构，利用MEMS光开关进行有效控制，通过驱动光检测器，实现光信号采集，利用空间交换型连接方式建立电信号层和光信号层之间通信连接，形成光交叉系统硬件电路。应用测试结果表明，本系统不存在延迟情况，可以有效控制光交叉信号，有助于网络交换集成器开发。