基于SFP封裝的數字可調光衰減器設計

　　可調光衰減器（VOA）是光纖通信系統中的一種重要的光纖動態器件，主要用于密集波分復用（DWDM）系統中信道的功率平衡，實現增益平坦、動態增益平衡及傳輸功率均衡。而數字可調光衰減器由于控制簡單、體積小，較好的光學性能而得到了較大的發展。

　　目前可調光衰減器已經廣泛應用于光通信領域的通信設備中，通用的做法是在設備中集成了數字可調光衰減器，通過設備的軟件根據系統的需要對可調光衰減器的衰減量進行調節，由于VOA集成到了設備中，光路也必須集成在設備中，并固定下來，這使得光路系統不能靈活的配置，而在DWDM系統中，不同的站點，不同傳輸容量都需要根據實際的網絡情況進行靈活的配置，而VOA作為系統中重要的可配置器件，不能隨著系統的配置而靈活的取舍，使系統設備的靈活性變差，增加了系統成本。

　　在光通信領域中，SFP收發模塊作為標準的可插拔器件，由于其體積小、機械和光電接口標準統一、可插拔等靈活可配置特性，已廣泛在系統設備中得到應用。為了使VOA模塊也能像SFP收發模塊一樣靈活可配置的應用到系統設備中，本文提出了一種將VOA模塊集成到SFP封裝中，采用SFP標準的機械和光電接口，使VOA模塊也能像SFP收發模塊一樣即插即用，非常方便的實現光衰減功能的取舍。

　　由于采用SFP封裝，體積受到了很大的限制，而基于微電子機械系統（Micro-Electro-Mechanical Systems， MEMS）技術的VOA的相對其他類型的VOA的突出特點就是體積小，控制簡單，而且具有較好的光學性能。因此，本文采用MEMS VOA模塊實現SFP封裝的數字可調衰減器。

　　1 數字式MEMS VOA原理

　　常見MEMS VOA有反射鏡旋轉型和位移遮擋型等。無論采用哪種類型實現光功率的衰減，都是通過光衰減量與MEMS芯片中機械片的旋轉或移動呈一一對應的關系，而芯片中機械片的旋轉或移動又與加在上下電極板上的電壓呈一一對應關系，因此，衰減量與電壓呈一一對應關系，但是衰減量與驅動電壓不是線性關系。為了實現數字化的衰減控制，需要增加控制電路，預先將衰減電壓曲線數據保存在電路中，通過客戶發送的衰減量自動查找對應的衰減的電壓，再發送給VOA驅動電路，驅動電路再輸出對應的電壓給VOA，從而實現對應的衰減，這樣便達到了數字式控制的目的。

　　2 基于SFP封裝的可調光衰減器的實現

　　基于SFP封裝的可調光衰減器由結構部分、光學模塊MEMS VOA、LC光口、電控制單元CU、電接口等部分組成，其結構和組成示意圖如圖1所示。

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　　在結構方面，采用了標準的SFP封裝，外形結構如圖2所示。

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　　在電控制單元部分CU主要由SFP電接口、可編程邏輯器件CPLD、D/A轉換、放大器和MEMS VOA組成，如圖3所示。

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　　SFP電接口主要包括I2C接口和電源接口。I2C接口實現上位機及可調光衰減器的通信，包括讀取存儲單元的相關信息、讀取存儲的電壓衰減數據，下發衰減命令等；CPLD功能模塊主要實現I2C 接口驅動、數據存儲和相關控制功能，I2C接口驅動實現與上位機的通信連接，控制單元接收上位機的命令，解碼相關的協議數據并進行相應的操作，如果是衰減控制命令，則獲取衰減量數據，從存儲模塊調取衰減電壓數據，經過算法計算后，輸出精確的電壓數據給D/A轉換器，D/A轉換器對電壓的數字信號轉換為模擬信號經過放大器放大后驅動MEMS VOA，使其達到相應的衰減。

　　在SFP標準中，對電接口進行了詳細的規定，包括電接口的管腳數、管腳定義、機械尺寸等，在SFP VOA中，收發模塊功能管腳都不需要使用，只保留I2C通信的相關管腳（PIN4/PIN5）、電源管腳（PIN15/PIN16/PIN20）及狀態管腳（PIN6）。在光路方面，主要由LC光口和MEME VOA組成，為了減小體積，降低耦合損耗，采用VOA直接與LC光口耦合方式。

　　3 基于SFP封裝的可調光衰減器的應用

　　基于SFP封裝的可調光衰減器性能指標與MEMS數字式可調光衰減器的指標相似，具有反應速度快、線性度好、高穩定性、高衰減等光學性能，同時由于采用了 SFP封裝，使數字式可調衰減器成為了一個獨立的光學模塊，支持熱插拔和即插即用，不需要集成到設備內部，設備只要預留出SFP接口，即可根據系統需要，靈活的配置需要的可調衰減器，使光路系統變得靈活和簡單，同時，由于其靈活性的配置，節省了由于系統布網變化帶來的成本增長，從而降低了光網絡設備整體成本。

　　4 結語

　　基于SFP封裝的可調光衰減器符合光學設備中傾向于可插拔光學裝置的趨勢，具備了SFP模塊的便攜靈活特點，同時又具備了傳統可調光衰減器類似的光學性能，非常適合應用于復雜的波分復用系統設備，靈活的組成各種網絡應用，因此具有廣泛的應用前景。