光开关阵列器件测试用多通道电压发生电路及其控制方法与流程

本公开的实施例属于电力电子，具体涉及一种光开关阵列器件测试用多通道电压发生电路及其控制方法。

背景技术：

1、高速硅基光开关是光交换系统中最基本和最核心的部件，未来光交换要满足高速大容量和低时延交换的要求，快速切换的光开关必不可少。随着以硅基光开关为基本单元构成光开关矩阵在全光通信网络中应用的越发广泛，硅基光开关阵列器件的国产化速度也在不断加快，致使测试此类器件的需求也越来越大。硅基光开关是电压控制型器件，需要使用精准的电压驱动才能正常工作，在测试光开关阵列器件时往往需要测试器具有输出多路各不相同的精准电压的能力。

2、此类测试电路的主控器件为mcu或者fpga等可编程器件，其通过spi、i2c或并行总线与多个数模转换器（dac）连接，以控制数模转换器产生合适的电压，再经过放大器放大或电压跟随电路增大驱动力，然后输出用于驱动待测试的硅基光开关。

3、当需要测试的光开关阵列规模小和速度要求较低时，上述的多路电压发生电路确实可以满足测试要求，但是随着光开关阵列的规模越来越大，速度要求越来越快，这种电路的固有缺陷开始慢慢显现并最终变得难以接受。

4、现有关于光开关阵列器件测试的多通道电压发生电路架构的研究较少。文献[1]:《聚合物光波导开关阵列的驱动系统设计》，见于吉林大学学报2022年3月第40卷第2期。该文献采用传统的驱动方式，用独立的dac驱动每一路的电压输出端口。该方案至少存在以下两个缺点：1.需要的dac数量和输出端口数量一样多，电路复杂庞大造价高昂；2.改变输出电压跳变边沿陡峭度不足。文献[2]：《一种光开关阵列驱动控制电路设计方法》，见于西昌学院学报2023年6月第37卷第2期。该文献采用经过改良的驱动方式，利用2个数字电位器驱动一路电压输出端口，可一定程度上提高传统电路在改变输出时电压跳变边沿陡峭度。但是，该技术方案需要用的数字电位器的数量多达电压输出端口的2倍，因此大大增加了控制的难度和系统的复杂性，当需要的电压输出端口较多时基本无法实现。

5、总体来说，以上传统的多路电压发生电路均具有以下缺点：

6、1.数模转换器通信端口数量庞大

7、这种电压发生器的每个电压输出端口都需要一路独立的dac来产生电压，但即使用单芯片16路dac器件来设计，当需要测试一个多达1000甚至2000路的光开关阵列时，就需要几十乃至一百多个dac芯片，而每个芯片都需要通过专用的控制总线与主控器件相连。现实中，一个主控器件的专用总线接口往往仅有数个，为了连接数量惊人的dac芯片，就不得不增加多个主控器件，这给测试器的设计和使用都带来了很大的困难。

8、2.输出电压变化时跳变速度慢

9、当需要改变光开关的状态时，就需要改变电压发生装置的输出电压，此可以由主控器件往dac内写入不同数据来完成，然而实际上受dac器件原理上的制约，在收到了新的数据后其输出电压并无法立即跳变至指定值，只能缓慢地朝指定值靠近，具体需要的变化时间依具体使用的器件型号而定，通常在几十μs到几百ns之间，而高速光开关需要的电压跳变时间往往只有10ns，这种缓慢的电压变化速度大大降低了测试结果的准确性。

10、3.测试装置体积庞大造价高昂

11、大规模的光开关阵列需要大量的dac芯片驱动，而为驱动这些dac芯片又不得不配上大量的主控芯片和其它辅助电路。为了能给这个复杂的电路提供足够的电能，供电电路也必须随之增加电源数量和体积。这使得整个测试装置的体积庞大造价高昂。

技术实现思路

1、本公开的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种光开关阵列器件测试用多通道电压发生电路及其控制方法。

2、本公开的一个方面提供一种光开关阵列器件测试用多通道电压发生电路，所述电路包括依次连接的主控模块、多个数模转换模块、多个前切换开关模块、后切换开关模块；

3、所述数模转换模块用于将所述主控模块的数字信号转换为多通道模拟电压信号；各所述数模转换模块的输出电压不相等；

4、各所述前切换开关模块与各所述数模转换模块对应设置，用于控制多通道模拟电压信号的通断；

5、所述后切换开关模块设置有多个电压输出通道；所述后切换开关模块用于选择各所述电压输出通道的输出电压；

6、所述主控模块分别与所述多个前切换开关模块和所述后切换开关模块电连接，用于控制所述多个前切换开关模块和所述后切换开关模块。

7、进一步地，所述电路还包括电压跟随器模块；

8、所述电压跟随器模块设置于所述前切换开关模块和所述后切换开关模块之间，用于对多通道模拟电压信号进行输出缓冲。

9、进一步地，所述电压跟随器模块包括多个电压跟随器；

10、各所述电压跟随器分别与各通道模拟电压信号对应设置。

11、进一步地，所述电路还包括电压保持模块；

12、所述电压保持模块设置于所述前切换开关模块和所述电压跟随器模块之间，用于维持所述电压跟随器模块的输出电平。

13、进一步地，所述电压保持模块包括多个电压保持电容；

14、各所述电压保持电容分别与各通道模拟电压信号对应设置。

15、进一步地，所述前切换开关模块包括单刀多掷模拟开关；

16、所述单刀多掷模拟开关用于择一性地控制对应通道模拟电压信号的导通。

17、进一步地，所述后切换开关模块包括多个单刀多掷模拟开关；

18、各所述单刀多掷模拟开关分别与各所述电压输出通道对应设置，用于选择对应所述电压输出通道的输出电压。

19、进一步地，所述主控模块为mcu或fpga。

20、本公开的另一方面提供一种光开关阵列器件测试用多通道电压发生电路控制方法，基于上文所述的光开关阵列器件测试用多通道电压发生电路，所述控制方法包括：

21、使用第一数模转换模块将所述主控模块的数字信号转换为电压输出通道所需的第一电压；

22、使用第二数模转换模块将所述主控模块的数字信号转换为电压输出通道所需的第二电压；

23、使用所述主控模块分别控制所述前切换开关模块和所述后切换开关模块导通所述第一数模转换模块和所述电压输出通道，以使所述电压输出通道输出第一电压；

24、使用所述主控模块分别控制所述前切换开关模块和所述后切换开关模块导通所述第二数模转换模块和所述电压输出通道，以使所述电压输出通道输出第二电压。

25、进一步地，当所述电路还包括电压保持模块时，所述控制方法包括：

26、使用第一数模转换模块将所述主控模块的数字信号转换为电压输出通道所需的第一电压，并使用所述主控模块控制所述前切换开关模块导通所述第一数模转换模块和第一电压保持模块，以使所述第一电压保持模块充电；

27、使用第二数模转换模块将所述主控模块的数字信号转换为电压输出通道所需的第二电压，并使用所述主控模块控制所述前切换开关模块导通所述第二数模转换模块和第二电压保持模块，以使所述第二电压保持模块充电；

28、使用所述主控模块控制所述后切换开关模块导通所述第一电压保持模块和所述电压输出通道，以使所述电压输出通道输出第一电压；

29、使用所述主控模块控制所述后切换开关模块导通所述第二电压保持模块和所述电压输出通道，以使所述电压输出通道输出第二电压。

30、本公开实施例的一种光开关阵列器件测试用多通道电压发生电路及其控制方法，使用多通道加前/后置切换开关架构设计以驱动多通道电压输出端口，充分满足了光开关阵列器件测试过程要求电压跳变边沿陡峭的特点，同时实现了大规模光开关测试电路所期望的多通道电压输出，电路结构简单、控制难度低、输出电压跳变快、成本较低，提升了光开关阵列器件测试的经济性和效率，满足了现实应用需求。