基于mems的oxc解决可靠性差距

《基于mems的oxc解决可靠性差距》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、基于MEMS的OXC：解决可靠性差距作者：AlexHarwit    电信业的需求促使了其发展方向以光层架构成本的大幅度下降为目标，而该目标的核心就是要减少不必要的光电转换。高度可重构的无阻塞全光交叉连接器（OXC）注定要成为降低成本的一个关键部件，并将在未来的网络中大展鸿图。而且，未来的OXC完成的也不再仅限于光-光交换了，它还可以实现更多的功能，包括复用/解复用，上路/下路以及信道均衡。这些系统依赖其尺寸、成本、功耗以及可重构性的优势，必将在电信网络中占有一席之地，相比之下，传统的基于SONET的交换机，甚至高级的光电光（OEO）交换机都显得很不经济划算了。对于大

2、型OXC交换机，运营商的基本要求之一就是长久的连接可靠性。这里所说的可靠连接是指：在整个连接过程中，能够在所有运营环境下，对于任何合法的输入信号，都能满足其所有性能要求。环境条件包括温度、冲击、抖动以及湿度。在Telcordia公布的文件中，对性能和相关的环境测试条件做了规定，通常在用户说明书中，这些规定会更为严格。从具体的数据上讲，运营商要求误码率要低于1×10－12，而系统的可用性要高于99.999%。人们普遍认为，微机电系统（MEMS）是一种能够实现大的规模效益、优越的旋光性能以及降低电信光交换成本的必需技术。而当前，以OEO交换、SONET以及下一代SONET

3、为基础的现有光架构的高度可靠性，已经为这种新的设备必须跨过的门槛。下面，我们来探究一下可以提高基于MEMS的OXC系统的连接可靠性的技术和工程设计方法。OXC系统一个基于MEMS的OXC系统包含光学部件、MEMS镜片、镜片驱动系统、封装和一个系统控制器（图1）。光学部件子系统负责以最小的耦合损耗，把输入光耦合进相应的输出光纤。该光路的光经过两个MEMS镜片的反射后，通过微透镜单元的汇聚，耦合进一条给定的输出光纤中。如果要保证光能够很好地汇聚到预定的输出光纤中，就需要两个MEMS镜片。(图1)MEMS镜片子系统把来自特定输入光纤的光反射到给定的输出光纤中，而MEMS镜片

4、驱动子系统用于精确控制镜片的反射角度。封装子系统包含密闭的光外罩和通向MEMS镜片的电接口。光外罩又包括光纤模块、组件支撑结构、温度控制和冲击/抖动隔离部件。系统控制器负责在分配的时间内建立起正确的连接，还有连接的优化、系统性能跟踪以及环境控制。子系统的可靠性光学部件子系统的连接可靠性是指在环境（温度、冲击和抖动）变化时光路的稳定性。光路最敏感的部分是介于光纤端面和微透镜数组之间的部分，因为这里的一点很小的变动就可以让经过MEMS镜片的光线发生很大的变动。所以，这一部分的定位和稳定性对整个光路子系统的可靠性都起至关重要的作用。幸好，克服这些环境因素也不是很难：可以通

5、过准绝热处理来稳定温度，并对外壳进行绝缘/缓冲处理。通过冗余备份，系统控制器的电子部件和软件可以达到很高的可用性。电子模块可以采用好几种冗余备份方式。这些备份方式在其它电子系统中都很常用，在MEMS或OXC的应用中没有什么特殊之处。基于MEMS的OXC是电信系统有史以来首次引入的可活动部件。因此，MEMS镜片的可靠性立刻受到了质疑。MEMS镜片的可靠性问题包括种种机械方面的失效——事实上，这仅是其中的一类故障。MEMS的可靠性还涉及高反射率的镜片涂层、镜片变形以及角度指向偏差，这些可能是入射光功率过大或其它环境因素，例如温度、冲击和抖动等造成的。在镜片受驱动的区域内，

6、边沿充电效应对可靠性的影响至关重大。这里，我们要通过分析两种不同的镜片结构，对这些故障机理进行详细的说明。有两种制作MEMS的基本工艺技术：立体刻蚀和表面沉积。立体刻蚀方法就是将硅从衬底刻蚀掉，其制造的结构厚度可以达到500μm甚至更大，以至可以制作出很复杂的结构（图片1）。表面沉积制造的结构通过薄膜沉积，一般厚度小于6μm。(图片1)立体刻蚀方法与表面沉积方法的表较下面对引发不可靠连接的立体刻蚀和表面沉积镜片的故障机理进行一下比较。我们从入射光功率过大开始分析。下一代DWDM系统由于复用的光信号数量很大，所以需要的入射光功率也会较大。处理光功率大小的能力受限于镜片的

7、散热能力。详细举例来说，Telcordia10732中规定OXC的最大允许光功率为25dBm，即大约300mW。一个标准的MEMS镜片的金涂层可以吸收这个功率的2%，也就是6mW。如果镜片的热敏电阻过高，镜片的温度就会超过它的运作温度。想要保证可靠的运作，镜片的热敏电阻就必须足够小。以此推断，如果不希望镜片温度超过30°C，热敏电阻就必须小于30°C/6mW＝5°C/mW。由于局部镜片出现问题以及随之带来的温度升高问题，可能会导致MEMS镜片发生严重的故障。表面沉积镜片厚度很小，它的热敏电阻就很难做到很小；而立体刻蚀方法做出的镜片的厚度较大，同时热敏