1 引言 =dM.7$6) R  
　　隨著光通信技術(shù)的迅速發(fā)展，MEMS光開關(guān)由于具有插入損耗和串話小、消光比高、穩(wěn)定性好、透明性和可擴(kuò)展性好、易于集成、偏振不靈敏等優(yōu)點(diǎn)，將成為核心光交換器件的主流。其靜電驅(qū)動(dòng)是目前廣泛研究的一種，常見的靜電驅(qū)動(dòng)方式有：梳狀電極、SDA（scratch drive actuator）、懸臂驅(qū)動(dòng)和扭臂驅(qū)動(dòng)等。懸臂和扭臂驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電壓高 于前兩者，但結(jié)構(gòu)簡單、工藝上容易實(shí)現(xiàn)。在選取其微反射鏡最佳工作狀態(tài)時(shí)，需要電壓、頻率，占空比連續(xù)可調(diào)的方波信號為激勵(lì)源。傳統(tǒng)的選取方法需要示波器、脈沖信號發(fā)生器，直流穩(wěn)壓源三臺(tái)儀器協(xié)調(diào)工作才能完成，并且存在諸多弊端，如：測量儀器成本高、操作繁瑣、測試周期長、測量精度低等。而在本文介紹的測量平臺(tái)中，通過高幅值利用單片機(jī)控制脈沖頻率的方法來選擇器件。與當(dāng)前同類方法相比，具有精度高、可靠性強(qiáng)、成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn)。 d9Z&qdxTKq  
　　2 光開關(guān)工作原理 \E@s_fQ]  
　　圖1為2×2微機(jī)械光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以采用體硅微機(jī)械加工的方法在（100）硅片上制作。微反射鏡和上電極連在一起，在沒有電壓輸入時(shí)，上電極的位置不動(dòng)，微反射鏡處在光通路上，從入射光纖發(fā)出的光被微反射鏡反射，改變方向后進(jìn)入到鏡面同一側(cè)的出射光纖中，這是開關(guān)的反射狀態(tài)。當(dāng)上電極和下電極之間有電壓輸入時(shí)，在靜電力的作用下，上電極帶動(dòng)微反射鏡移開光通路，入射光沿直線傳播進(jìn)入前方的出射光纖，這是開光的直通狀態(tài)。圖2為閾值電壓隨扭梁的厚度變化曲線，圖3為驅(qū)動(dòng)電壓與懸梁位移之間的關(guān)系曲線。 '_qQrP#  
3 方案設(shè)計(jì)與分析 |qlS6Aln  
　　其工作原理是先由單片機(jī)產(chǎn)生頻率占空比可調(diào)的脈沖信號，但因最終信號的電壓幅值在40～70V，遠(yuǎn)大于單片機(jī)的工作電壓（5V），故將單片機(jī)產(chǎn)生的信號先接光耦隔離，再輸出到后級的放大電路，然后根據(jù)放大電路的調(diào)整，輸出峰峰值可調(diào)的信號。由此可見系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要涉及三個(gè)關(guān)鍵部分：產(chǎn)生頻率和占空比可調(diào)的方波信號、信號放大以及最終信號幅值的測量。 -2\ZzK0tM  
3.1方波信號源的設(shè)計(jì) BF36V\  
　　方波信號的產(chǎn)生電路主要由AT89C2051單片機(jī)、晶振電路、鍵盤參數(shù)輸入和LED狀態(tài)顯示等部分組成。單片機(jī)AT89C2051由軟件控制，產(chǎn)生方波信號。軟件的設(shè)計(jì)是利用AT89C2051內(nèi)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T0和T1互相配合來控制方波的頻率和占空比的。AT89C2051使用12M晶振，所以單片機(jī)執(zhí)行一條指令的時(shí)間為1μs，這樣根據(jù)鍵盤輸入的頻率值f和占空比d， 得到周期時(shí)間常數(shù)Tt（T t=1/f）和正脈沖的時(shí)間長度T d(Td=Tt×d%)，分別送給計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T0、T1。T0、T1同時(shí)開始計(jì)數(shù)，同時(shí)使輸出為高電平，因?yàn)門d≤T t， 故T1首先計(jì)滿溢出，執(zhí)行T1的中斷服務(wù)子程序，拉低輸出電平使輸出低電平，同時(shí)停止T1計(jì)數(shù)。在等待一段時(shí)間，待到T0計(jì)滿， 再調(diào)用執(zhí)行T0的中斷服務(wù)子程序， T0、T1重新裝載定時(shí)常數(shù)并開始計(jì)時(shí)，同時(shí)把輸出電平拉回高電平。由此完成一個(gè)周期的輸出。頻率和占空比的改變只需改變T0、T1的定時(shí)常數(shù)。輸出的波形如圖4。 W7L+8LU;  
3.2 信號放大部分 Kej|1g1f  
　　單片機(jī)輸出的方波信號高電平時(shí)只有5V左右，而輸出要達(dá)到40～70V，普通的三極管放大電路不能承受這么大的電壓。因此在設(shè)計(jì)中采用MOS管，而且MOS管有很好的開關(guān)性能，會(huì)使輸出波形很好。電路如圖5。 a jQqj.  
由LM317搭建的穩(wěn)壓電源（見圖6）提供40～ 70V的直流電壓Vcout。這個(gè)直流電壓輸出值可由圖中的滑動(dòng)變阻器WR調(diào)整。Vcout通過上拉電阻加在 MOS管的漏級上，這樣當(dāng)MOS管工作在開關(guān)狀態(tài)時(shí)，從漏級的輸出的電壓就在0V和 Vcout之間變化，就由此產(chǎn)生幅值為V cout的方波信號�？梢�，只要單片機(jī)輸出的方波信號可控制MOS管的開關(guān)狀態(tài)，即可使輸出高幅值的方波信號與單片機(jī)由軟件設(shè)計(jì)輸出的方波同頻率同占空比。但是單片機(jī)輸出的信號大約在5V左右，若與后面加有高達(dá)40～70V電壓的MOS管直接相連，這樣當(dāng)MOS管后級短路輸出的高壓很容易被引入單片機(jī)內(nèi)，將單片機(jī)燒壞。因此必須采用措施避免這種危險(xiǎn)的發(fā)生。在此設(shè)計(jì)中采用光耦使得后面輸出的高電壓與單片機(jī)工作時(shí)的5V低壓安全隔離開。 0||"r&:X  
3.3 終信號幅值的測量 YOV :  
　　最后輸出的信號為方波信號，要想直接測量輸出的峰峰值很困難。但分析完電路不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)MOS管截止時(shí)，MOS管的輸出 Vout與穩(wěn)壓源提供的Vcout 幾乎相等。由此可知可以通過測量穩(wěn)壓源輸出的V cout直流電壓，即可得MOS管輸出方波信號的峰峰值。 dk_,YU'z  
　　在測量電壓值不是很精確的情況下，可直接把穩(wěn)壓源提供的Vcout經(jīng)電阻按比例分壓，分出的電壓通過A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)處理，所得的結(jié)果乘以比例系數(shù)，即可得 Vcout的實(shí)際電壓值。將這個(gè)值直接送顯示部分，則很直觀的顯示出方波峰峰值。在我們實(shí)際設(shè)計(jì)的儀器中，顯示的Vout測量值與空載時(shí)的輸出值誤差不超過±0.5V。證明在測量電壓值要求不是很精確的情況下，這種方案是方便可行的。 5Lsm_"0  
3.4 主控平臺(tái)和顯示部分 j1YH9T#|D  
　　從總體來看，產(chǎn)生信號的部分和最終信號幅值測量顯示部分是各自獨(dú)立分開的，由兩個(gè)AT89C2051分別完成形成一個(gè)簡單的分布式結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)提高了整個(gè)軟件部分的穩(wěn)定性。 lwOf)jK:J  
　　主控平臺(tái)由第一個(gè)AT89C2051來完成，直接控制方波信號的產(chǎn)生，而且還包括方波信號的頻率、占空比的設(shè)置和顯示，提供友好的人機(jī)接口。 VLsh=v   
　　對于輸出的信號，應(yīng)該給用戶盡量直觀的結(jié)果， 在主控平臺(tái)提供頻率和占空比顯示的同時(shí)，還應(yīng)使用戶直觀準(zhǔn)確地知道輸出信號幅值，這樣在用戶沒有第三方的測量儀器的情況下，對儀器操作非常方便和精確。這部分的工作就由第二個(gè) AT89C2051和A/D轉(zhuǎn)換器AD0804配合完成。 mX&xn2}qZ"  
單片機(jī)核心部分源程序如下： Y{Da+  
　　… … aDL)|>"Q  
　　//generate pulse signal rH_Jh}Y  
　　//period= the period of pulse signal yGiP[d|tRc  
　　//positive=the length of positive voltage 3ai (x1%  
　　timer0() interrupt 1 using 1 { 2{ o0@  
　　unsigned int temp； fcRj  
　　out=1； //output VOH B0oxCc/'sZ  
　　temp=65535-period； lC#RNjDp/~  
　　TL0=temp； //set value for timer0 MO[kr2T  
　　TH0=temp>>8； n%/i:Whs  
　　temp=65535-positive； TbLe6x  
　　TL1=temp； //set value for timer1 r6`\d
k  
　　TH1=temp>>8； NZLXN  
　　TR1=1； Ge~q3"  
　　TR0=1； //start timer1， 0 AnNPTi  
　　} +UxI{,L  
　　timer1() interrupt 3 using 2 { $$JIBf8  
　　out=0； //timer1記滿，output VOL }