科毅光通信 - 光开关器件与设备生产销售厂商

随着 5G 通信、数据中心互联等领域的快速发展，数据流量呈现指数级增长，光通信作为高速数据传输的核心载体，其稳定性与高效性愈发关键。光开关阵列作为光通信系统中实现光路灵活切换的核心组件，其工作状态的精准测试与标定，直接影响整个光传输链路的可靠性。然而，当前多级光开关阵列批量生产中，面临着 “集成度高导致单个开关单元测试难”“芯片内波导与电走线差异引发特性不一致”“传统测试方法效率低、标定精度不足” 等痛点。

广西科毅光通信科技有限公司（以下简称 “科毅光通信”）深耕光通信领域多年，依托自主研发的光电子技术，针对上述行业痛点推出测试光开关阵列工作状态的装置与方法，可实现对光开关单元真实工作状态的精准测试，大幅提升测试效率与标定精度，为高性能光开关阵列产品的生产与应用提供核心技术支撑。本文将详细解析该装置的设计原理、测试方法及实际应用价值，助力行业伙伴深入了解光开关测试技术的创新方向。

一、光开关阵列测试的行业痛点与技术需求

在光通信系统中，多级光开关阵列常采用 Clos、Banyan、Butterfly、Benes 等拓扑架构，以实现多路光信号的灵活切换。随着集成度提升，单个芯片上可集成数十甚至数百个光开关单元，而每个单元的工作特性受芯片内波导长度、电信号走线长度差异的影响，初始状态与工作所需的电压 / 电流存在显著不同 —— 这意味着每个光开关单元都需要单独测试与标定，否则易出现 “光路切换失效”“信号损耗超标” 等问题。

传统测试方法存在三大核心问题：一是测试装置兼容性差，难以适配不同拓扑架构的光开关阵列；二是测试流程繁琐，需手动调整光路与电路，效率低下；三是标定精度不足，无法捕捉光开关单元的细微特性变化。针对这些问题，科毅光通信的测试装置与方法从 “硬件架构优化”“测试逻辑创新” 两方面入手，构建了一套高效、精准的测试解决方案。

二、科毅光通信测试光开关阵列工作状态的装置设计

科毅光通信的测试装置主要由转接板卡与测试板卡两大部分组成，辅以电源模块、通讯接口等组件，形成 “硬件 + 控制” 一体化的测试系统。该装置可适配 88、1616 等多种规格的光开关阵列，支持硅光、PLC 等不同技术路线的芯片测试，具备强兼容性与高稳定性。

（一）转接板卡：实现光开关阵列的精准固定与光路连接

转接板卡是光开关阵列与测试系统的 “桥梁”，其核心功能是固定待测试芯片并建立光路连接，具体设计如下：

1.      固定组件：采用高精度机械结构，可稳定固定封装后的光开关阵列芯片（如 QFN、BGA 封装），避免测试过程中芯片位移导致的光路偏移；科毅光通信在固定组件设计中加入 “防静电保护” 功能，防止静电损伤芯片内敏感的光电子元件。

2.      光纤连接器：选用 FC/APC 型光纤快速连接器，可精准对接光开关阵列的输入端口与输出端口，降低光纤耦合损耗（耦合损耗≤0.5dB）；连接器支持热插拔，方便快速更换不同型号的光开关阵列，提升测试效率。

下图为科毅光通信测试光开关阵列工作状态的装置整体结构示意图，清晰展示了转接板卡与测试板卡的连接关系：

图 1 一种测试光开关阵列工作状态的装置结构示意图

（二）测试板卡：核心控制与信号处理单元

测试板卡是整个装置的 “大脑”，集成了激光器驱动、光信号检测、数据处理等功能模块，可实现对光开关阵列的全流程自动化测试。其核心组件包括：

1. 核心功能模块

3.      激光器驱动电路：与外部激光器连接，可驱动激光器发射 “固定光强、固定波长” 的测试光信号（波长范围覆盖 1310nm、1550nm 等常用光通信波段）；电路支持光强微调功能，精度可达 ±0.1dBm，满足不同光开关阵列的输入光功率需求。

4.      多路光电探测器跨阻放大电路：光开关阵列的每个输出端口均连接一个光探测器（如 InGaAs 光电二极管），该电路可将光探测器输出的微弱电流信号（nA 级）放大为可采集的电压信号（V 级），放大倍数可根据信号强度自适应调整，确保信号采集的准确性。

5.      多路光开关驱动：与光开关阵列的每个光开关单元电口连接，可独立输出电压 / 电流信号（电压范围：-10V~+10V，电流范围：0~100mA），实现对单个光开关单元的独立控制；科毅光通信在驱动模块中加入 “过流保护” 功能，避免过大电流损坏光开关单元。

6.      处理单元：采用 FPGA 可编程逻辑芯片（如 Xilinx Zynq 系列），作为整个测试系统的控制核心，可实现 “激光器驱动→光强采集→开关控制→数据计算” 的全流程自动化；处理单元支持实时数据处理，可快速分析光开关单元的工作状态。

2. 信号转换与电压跟随模块

为提升信号处理精度，测试板卡还集成了多通道 ADC 模数转换电路、多通道 DAC 数模转换电路与多路电压跟随电路：

7.      多通道 ADC 模数转换电路：将光电探测器跨阻放大电路输出的模拟电压信号转换为数字信号，采样率可达 1MSPS，分辨率 16 位，确保精准捕捉光强变化；

8.      多通道 DAC 数模转换电路：将处理单元输出的数字控制信号转换为模拟电压 / 电流信号，用于驱动激光器与光开关单元，转换精度可达 ±0.01V；

9.      多路电压跟随电路：提升 DAC 输出信号的驱动能力，避免信号传输过程中的衰减，确保光开关单元接收到稳定的控制信号。

下图为科毅光通信测试板卡的详细结构示意图，展示了各模块的连接关系：

图2 一种测试光开关阵列工作状态的装置结构示意图

3. 电源与转换电路

测试系统的稳定运行离不开可靠的电源支持，科毅光通信的测试板卡设计了三级电源转换电路，确保各模块获得适配的供电：

10.    电源模块：采用双 12V 开关电源，提供 ±12V 直流输入，总功率≥50W，满足整个测试系统的功率需求；

11.    第一转换电路：将 12V 输入转换为 5V/3A 输出，为处理单元（FPGA）供电；

12.    第二转换电路：将 12V 输入转换为 5V/3A 输出，为 ADC、DAC 电路及光电探测器跨阻放大电路供电；

13.    第三转换电路：将 5V 输入转换为 3.3V/1A 输出，为 ADC、DAC 电路的核心芯片供电。

三级转换电路均加入 “电压稳压” 与 “电磁干扰滤波” 功能，确保供电电压波动≤±2%，避免电源噪声影响测试精度。

（三）通讯接口：实现与测试主机的联动

测试板卡通过 RS485/USB 通讯接口与测试主机（PC）连接，支持两种数据交互模式：一是测试主机向处理单元发送控制指令（如 “启动测试”“调整激光器光强”）；二是处理单元向测试主机回传测试数据（如光强值、电压 / 电流值、工作状态判定结果）。

科毅光通信开发了配套的测试软件（支持 Windows 系统），可实时显示测试数据、生成测试报告（支持 Excel/PDF 格式），并具备 “数据存储”“历史数据查询” 功能，方便用户追溯测试记录。

三、科毅光通信测试光开关阵列工作状态的方法创新

基于上述硬件装置，科毅光通信设计了一套创新的测试方法，通过 “分阶测试”“路径优化”“状态判定” 三大核心步骤，实现对光开关阵列所有单元的精准测试。该方法的核心逻辑是：以 “单个输入端口为起点”，遍历所有可能的光路，通过调整光开关单元的电压 / 电流，捕捉输出光强变化，进而判定其工作状态（Cross 状态或 Bar 状态）。

（一）测试整体流程

测试方法的整体流程遵循 “遍历输入端口→单端口测试→状态判定” 的逻辑，具体步骤如下：

1.      确定目标输入端口：在待测试光开关阵列的多个输入端口中，依次选择一个作为 “目标输入端口”，执行测试步骤；直至所有输入端口均测试完成，确保覆盖所有可能的光路。

2.      发射测试光信号：将激光器通过转接板卡的光纤连接器与目标输入端口连接，由处理单元控制激光器驱动电路，发射 “固定光强（如 0dBm）、固定波长（如 1550nm）” 的测试光信号。

3.      读取初始光强值：通过多路光电探测器采集光开关阵列所有输出端口的初始光强值，作为后续对比的基准；若某输出端口光强值为 0，说明该端口无光路覆盖，后续测试可忽略。

4.      确定光输出路径：根据待测试光开关阵列的拓扑架构（如 Benes 架构）与目标输入端口标识，通过处理单元内置的 “路径算法”，自动计算所有可能有光输出的路径（即光信号从输入端口到输出端口经过的光开关单元序列）。

5.      依次测试光开关单元：在光输出路径上，按 “分阶顺序” 依次确定待测试光开关单元，向其施加工作范围内变化的电压 / 电流（如 0~5V，步进 0.01V），同时实时读取各输出端口的光强值变化，基于光强变化判定单元工作状态。

（二）多阶结构的测试顺序优化

针对多阶结构的光开关阵列（如 5 阶 Benes 架构），科毅光通信创新设计了 “分阶测试顺序”，确保测试效率与精度：

6.      第一测试顺序（阶间顺序）：优先测试 “只有一路光输入的光开关单元”，且阶数越大，优先级越高；若某光开关单元有两路光输入，需先通过已测试单元的状态调整，使其仅保留一路光输入，避免两路光信号叠加影响测试结果。

7.      第二测试顺序（阶内顺序）：在同一阶结构中，按 “从左到右” 的顺序依次测试每个光开关单元；若某单元测试时出现 “光强无变化”（说明无光输入），可暂时跳过，待同阶其他单元测试完成后，通过逻辑反推调整前序单元状态，再重新测试。

以 88Benes 架构的光开关阵列为示例（下图为该架构的光路结构示意图），当目标输入端口为 IN1 时，只有一路光输入的单元包括第一阶第 1 个、第二阶第 1/3 个、第三阶第 1-4 个；测试时优先从第三阶开始，再依次测试第二阶、第一阶，最后测试第四阶、第五阶的单元。

图 3  一种8*8Benes架构示意图

（三）光开关单元的工作状态判定

光开关单元的工作状态主要分为两种：Bar 状态（光信号从 “输入上端口” 传输至 “输出上端口”，输入下端口传输至输出下端口）与Cross 状态（光信号从 “输入上端口” 传输至 “输出下端口”，输入下端口传输至输出上端口）。科毅光通信基于 “能量守恒定律”（两输入光强和 = 两输出光强和），通过以下方法判定状态：

1.      施加变化的电压 / 电流：向待测试单元施加工作范围内的电压 / 电流（如 0~0.08A），步进值 0.001A，同时记录所有输出端口的光强值。

2.      计算输出光强和：将该单元两路输出光分别对应的所有输出端口的光强值求和（如第三阶第 1 个单元的上输出对应 OUT1-4，下输出对应 OUT5-8，分别计算 OUT1-4 与 OUT5-8 的光强和）。

3.      判定工作状态：当 “上输出光强和最大、下输出光强和最小” 时，对应的电压 / 电流为该单元的 Bar 状态参数；当 “上输出光强和最小、下输出光强和最大” 时，对应的电压 / 电流为 Cross 状态参数。

下图为科毅光通信测试某光开关单元的结果示意图，其中图 4 展示了光强损耗随电流的变化，图 5 展示了输出光功率占比随电流的变化，可清晰观察到 Bar 状态与 Cross 状态的切换点：

图 4 光开关单元的测试结果示意图

图 5 光开关单元的另一个测试结果示意图

（四）特殊场景的处理方案

在测试过程中，可能出现 “待测试单元无光输入” 的情况（表现为施加电压 / 电流后，输出光强和无变化）。针对这种场景，科毅光通信的方法设计了 “逻辑反推调整” 机制：

1.      暂时跳过无光输入的单元，继续测试同阶其他单元；

2.      根据同阶单元的测试结果，反推前序单元的初始状态（如第三阶第 1 个单元无光输入，而第 2 个单元有光输入，说明第二阶第 1 个单元初始处于 Cross 状态）；

3.      调整前序单元的电压 / 电流，使其切换至 Bar 状态，确保待测试单元获得光输入；

4.      重新测试无光输入的单元，直至获取其工作状态参数。

四、实际应用案例：8*8Benes 架构硅光开关阵列测试

为验证测试装置与方法的有效性，科毅光通信以 “8*8Benes 架构硅光开关阵列” 为测试对象，开展了实际测试验证，具体过程与结果如下：

（一）测试准备

5.      待测试产品：科毅光通信自主研发的 8*8 硅光开关阵列芯片（型号：COR-88BENES），采用 12×12mm QFN 封装，集成 32 个光开关单元；

6.      测试环境：温度 25℃±2℃，湿度 50%±10%，无电磁干扰；

7.      测试参数：激光器波长 1550nm，输出光强 0dBm；电压测试范围 0~5V，电流测试范围 0~0.08A。

（二）测试过程

1.      固定与连接：将 COR-88BENES 芯片通过转接板卡固定，使用 FC/APC 连接器连接激光器与 IN1 端口，连接所有输出端口的光探测器。

2.      第一阶段测试（第三阶单元）：优先测试第三阶的 4 个单元（只有一路光输入），向每个单元施加 0~0.08A 的电流，记录 OUT1-4 与 OUT5-8 的光强和变化。结果显示，4 个单元的 Bar 状态电流为 0.02A±0.001A，Cross 状态电流为 0.06A±0.001A。

3.      第二阶段测试（第二阶单元）：将第三阶单元设置为 Bar 状态，测试第二阶的 2 个单元；结果显示，第二阶单元的 Bar 状态电压为 2.0V±0.01V，Cross 状态电压为 4.0V±0.01V。

4.      第三阶段测试（第一阶单元）：将第二阶、第三阶单元设置为 Bar 状态，测试第一阶的 1 个单元；结果显示，其 Bar 状态电压为 1.8V±0.01V，Cross 状态电压为 3.8V±0.01V。

5.      第四阶段测试（第四、五阶单元）：通过调整前序单元状态，使第四、五阶单元仅保留一路光输入，依次测试；结果显示，第四阶单元的 Bar/Cross 状态参数偏差≤0.02V，第五阶单元偏差≤0.01V。

6.      遍历输入端口：依次将激光器连接至 IN2~IN8 端口，重复上述测试，完成所有 32 个单元的测试。

（三）测试结果

7.      测试效率：单块 8*8 硅光开关阵列的测试时间为 15 分钟，较传统方法（40 分钟）提升 62.5%；

8.      标定精度：所有单元的 Bar/Cross 状态参数偏差≤0.02V（或 0.002A），远高于行业平均偏差（≤0.05V）；

9.      一致性：同阶单元的参数一致性≥98%，确保光路切换的稳定性。

该案例充分验证了科毅光通信测试装置与方法的高效性与精准性，可为光开关阵列的批量生产提供可靠的质量保障。

五、科毅光通信光开关产品与服务优势

科毅光通信的测试技术不仅是 “质量检测工具”，更是 “产品研发与生产的核心支撑”。依托该技术，公司推出了全系列光开关产品，包括：

10.    硅光开关阵列：88、1616、32*32 等规格，支持 Benes、Clos 架构，插入损耗≤3dB，切换速度≤10μs；

11.    机械式光开关：12、22、1*N 等规格，寿命≥1000 万次，隔离度≥60dB；

12.    定制化光开关方案：可根据客户需求，提供 “芯片设计→封装→测试→应用调试” 的一体化服务。

此外，科毅光通信还为客户提供 “光开关测试培训”“测试装置定制” 等增值服务，助力客户提升自身测试能力。若您需了解更多光开关产品或测试技术细节，可访问公司官网【www.coreray.cn】，或联系客服获取技术资料。

六、结语

在光通信技术高速发展的背景下，光开关阵列的测试与标定技术将成为 “提升产品竞争力” 的关键。科毅光通信通过自主研发的测试装置与方法，有效解决了行业痛点，为光开关阵列的高效、精准测试提供了新方案。未来，公司将继续深耕光电子技术，推出更适配 5G、数据中心需求的光开关产品与测试方案，为光通信行业的高质量发展贡献力量。

选择合适的光开关是一项需要综合考量技术、性能、成本和供应商实力的工作。希望本指南能为您提供清晰的思路。我们建议您在明确自身需求后，详细对比关键参数，并优先选择像科毅光通信这样技术扎实、质量可靠、服务专业的合作伙伴。

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