隨著(zhù) 5G 通信、數據中心互聯(lián)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，數據流量呈現指數級增長(cháng)，光通信作為高速數據傳輸的核心載體，其穩定性與高效性愈發(fā)關(guān)鍵。光開(kāi)關(guān)陣列作為光通信系統中實(shí)現光路靈活切換的核心組件，其工作狀態(tài)的精準測試與標定，直接影響整個(gè)光傳輸鏈路的可靠性。然而，當前多級光開(kāi)關(guān)陣列批量生產(chǎn)中，面臨著(zhù) “集成度高導致單個(gè)開(kāi)關(guān)單元測試難”“芯片內波導與電走線(xiàn)差異引發(fā)特性不一致”“傳統測試方法效率低、標定精度不足” 等痛點(diǎn)。

廣西科毅光通信科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng) “科毅光通信”）深耕光通信領(lǐng)域多年，依托自主研發(fā)的光電子技術(shù)，針對上述行業(yè)痛點(diǎn)推出測試光開(kāi)關(guān)陣列工作狀態(tài)的裝置與方法，可實(shí)現對光開(kāi)關(guān)單元真實(shí)工作狀態(tài)的精準測試，大幅提升測試效率與標定精度，為高性能光開(kāi)關(guān)陣列產(chǎn)品的生產(chǎn)與應用提供核心技術(shù)支撐。本文將詳細解析該裝置的設計原理、測試方法及實(shí)際應用價(jià)值，助力行業(yè)伙伴深入了解光開(kāi)關(guān)測試技術(shù)的創(chuàng )新方向。

一、光開(kāi)關(guān)陣列測試的行業(yè)痛點(diǎn)與技術(shù)需求

在光通信系統中，多級光開(kāi)關(guān)陣列常采用 Clos、Banyan、Butterfly、Benes 等拓撲架構，以實(shí)現多路光信號的靈活切換。隨著(zhù)集成度提升，單個(gè)芯片上可集成數十甚至數百個(gè)光開(kāi)關(guān)單元，而每個(gè)單元的工作特性受芯片內波導長(cháng)度、電信號走線(xiàn)長(cháng)度差異的影響，初始狀態(tài)與工作所需的電壓 / 電流存在顯著(zhù)不同 —— 這意味著(zhù)每個(gè)光開(kāi)關(guān)單元都需要單獨測試與標定，否則易出現 “光路切換失效”“信號損耗超標” 等問(wèn)題。

傳統測試方法存在三大核心問(wèn)題：一是測試裝置兼容性差，難以適配不同拓撲架構的光開(kāi)關(guān)陣列；二是測試流程繁瑣，需手動(dòng)調整光路與電路，效率低下；三是標定精度不足，無(wú)法捕捉光開(kāi)關(guān)單元的細微特性變化。針對這些問(wèn)題，科毅光通信的測試裝置與方法從 “硬件架構優(yōu)化”“測試邏輯創(chuàng )新” 兩方面入手，構建了一套高效、精準的測試解決方案。

二、科毅光通信測試光開(kāi)關(guān)陣列工作狀態(tài)的裝置設計

科毅光通信的測試裝置主要由轉接板卡與測試板卡兩大部分組成，輔以電源模塊、通訊接口等組件，形成 “硬件 + 控制” 一體化的測試系統。該裝置可適配 88、1616 等多種規格的光開(kāi)關(guān)陣列，支持硅光、PLC 等不同技術(shù)路線(xiàn)的芯片測試，具備強兼容性與高穩定性。

（一）轉接板卡：實(shí)現光開(kāi)關(guān)陣列的精準固定與光路連接

轉接板卡是光開(kāi)關(guān)陣列與測試系統的 “橋梁”，其核心功能是固定待測試芯片并建立光路連接，具體設計如下：

1.      固定組件：采用高精度機械結構，可穩定固定封裝后的光開(kāi)關(guān)陣列芯片（如 QFN、BGA 封裝），避免測試過(guò)程中芯片位移導致的光路偏移；科毅光通信在固定組件設計中加入 “防靜電保護” 功能，防止靜電損傷芯片內敏感的光電子元件。

2.      光纖連接器：選用 FC/APC 型光纖快速連接器，可精準對接光開(kāi)關(guān)陣列的輸入端口與輸出端口，降低光纖耦合損耗（耦合損耗≤0.5dB）；連接器支持熱插拔，方便快速更換不同型號的光開(kāi)關(guān)陣列，提升測試效率。

下圖為科毅光通信測試光開(kāi)關(guān)陣列工作狀態(tài)的裝置整體結構示意圖，清晰展示了轉接板卡與測試板卡的連接關(guān)系：

圖 1 一種測試光開(kāi)關(guān)陣列工作狀態(tài)的裝置結構示意圖

（二）測試板卡：核心控制與信號處理單元

測試板卡是整個(gè)裝置的 “大腦”，集成了激光器驅動(dòng)、光信號檢測、數據處理等功能模塊，可實(shí)現對光開(kāi)關(guān)陣列的全流程自動(dòng)化測試。其核心組件包括：

1. 核心功能模塊

3.      激光器驅動(dòng)電路：與外部激光器連接，可驅動(dòng)激光器發(fā)射 “固定光強、固定波長(cháng)” 的測試光信號（波長(cháng)范圍覆蓋 1310nm、1550nm 等常用光通信波段）；電路支持光強微調功能，精度可達 ±0.1dBm，滿(mǎn)足不同光開(kāi)關(guān)陣列的輸入光功率需求。

4.      多路光電探測器跨阻放大電路：光開(kāi)關(guān)陣列的每個(gè)輸出端口均連接一個(gè)光探測器（如 InGaAs 光電二極管），該電路可將光探測器輸出的微弱電流信號（nA 級）放大為可采集的電壓信號（V 級），放大倍數可根據信號強度自適應調整，確保信號采集的準確性。

5.      多路光開(kāi)關(guān)驅動(dòng)：與光開(kāi)關(guān)陣列的每個(gè)光開(kāi)關(guān)單元電口連接，可獨立輸出電壓 / 電流信號（電壓范圍：-10V~+10V，電流范圍：0~100mA），實(shí)現對單個(gè)光開(kāi)關(guān)單元的獨立控制；科毅光通信在驅動(dòng)模塊中加入 “過(guò)流保護” 功能，避免過(guò)大電流損壞光開(kāi)關(guān)單元。

6.      處理單元：采用 FPGA 可編程邏輯芯片（如 Xilinx Zynq 系列），作為整個(gè)測試系統的控制核心，可實(shí)現 “激光器驅動(dòng)→光強采集→開(kāi)關(guān)控制→數據計算” 的全流程自動(dòng)化；處理單元支持實(shí)時(shí)數據處理，可快速分析光開(kāi)關(guān)單元的工作狀態(tài)。

2. 信號轉換與電壓跟隨模塊

為提升信號處理精度，測試板卡還集成了多通道 ADC 模數轉換電路、多通道 DAC 數模轉換電路與多路電壓跟隨電路：

7.      多通道 ADC 模數轉換電路：將光電探測器跨阻放大電路輸出的模擬電壓信號轉換為數字信號，采樣率可達 1MSPS，分辨率 16 位，確保精準捕捉光強變化；

8.      多通道 DAC 數模轉換電路：將處理單元輸出的數字控制信號轉換為模擬電壓 / 電流信號，用于驅動(dòng)激光器與光開(kāi)關(guān)單元，轉換精度可達 ±0.01V；

9.      多路電壓跟隨電路：提升 DAC 輸出信號的驅動(dòng)能力，避免信號傳輸過(guò)程中的衰減，確保光開(kāi)關(guān)單元接收到穩定的控制信號。

下圖為科毅光通信測試板卡的詳細結構示意圖，展示了各模塊的連接關(guān)系：

圖2 一種測試光開(kāi)關(guān)陣列工作狀態(tài)的裝置結構示意圖

3. 電源與轉換電路

測試系統的穩定運行離不開(kāi)可靠的電源支持，科毅光通信的測試板卡設計了三級電源轉換電路，確保各模塊獲得適配的供電：

10.    電源模塊：采用雙 12V 開(kāi)關(guān)電源，提供 ±12V 直流輸入，總功率≥50W，滿(mǎn)足整個(gè)測試系統的功率需求；

11.    第一轉換電路：將 12V 輸入轉換為 5V/3A 輸出，為處理單元（FPGA）供電；

12.    第二轉換電路：將 12V 輸入轉換為 5V/3A 輸出，為 ADC、DAC 電路及光電探測器跨阻放大電路供電；

13.    第三轉換電路：將 5V 輸入轉換為 3.3V/1A 輸出，為 ADC、DAC 電路的核心芯片供電。

三級轉換電路均加入 “電壓穩壓” 與 “電磁干擾濾波” 功能，確保供電電壓波動(dòng)≤±2%，避免電源噪聲影響測試精度。

（三）通訊接口：實(shí)現與測試主機的聯(lián)動(dòng)

測試板卡通過(guò) RS485/USB 通訊接口與測試主機（PC）連接，支持兩種數據交互模式：一是測試主機向處理單元發(fā)送控制指令（如 “啟動(dòng)測試”“調整激光器光強”）；二是處理單元向測試主機回傳測試數據（如光強值、電壓 / 電流值、工作狀態(tài)判定結果）。

科毅光通信開(kāi)發(fā)了配套的測試軟件（支持 Windows 系統），可實(shí)時(shí)顯示測試數據、生成測試報告（支持 Excel/PDF 格式），并具備 “數據存儲”“歷史數據查詢(xún)” 功能，方便用戶(hù)追溯測試記錄。

三、科毅光通信測試光開(kāi)關(guān)陣列工作狀態(tài)的方法創(chuàng )新

基于上述硬件裝置，科毅光通信設計了一套創(chuàng )新的測試方法，通過(guò) “分階測試”“路徑優(yōu)化”“狀態(tài)判定” 三大核心步驟，實(shí)現對光開(kāi)關(guān)陣列所有單元的精準測試。該方法的核心邏輯是：以 “單個(gè)輸入端口為起點(diǎn)”，遍歷所有可能的光路，通過(guò)調整光開(kāi)關(guān)單元的電壓 / 電流，捕捉輸出光強變化，進(jìn)而判定其工作狀態(tài)（Cross 狀態(tài)或 Bar 狀態(tài)）。

（一）測試整體流程

測試方法的整體流程遵循 “遍歷輸入端口→單端口測試→狀態(tài)判定” 的邏輯，具體步驟如下：

1.      確定目標輸入端口：在待測試光開(kāi)關(guān)陣列的多個(gè)輸入端口中，依次選擇一個(gè)作為 “目標輸入端口”，執行測試步驟；直至所有輸入端口均測試完成，確保覆蓋所有可能的光路。

2.      發(fā)射測試光信號：將激光器通過(guò)轉接板卡的光纖連接器與目標輸入端口連接，由處理單元控制激光器驅動(dòng)電路，發(fā)射 “固定光強（如 0dBm）、固定波長(cháng)（如 1550nm）” 的測試光信號。

3.      讀取初始光強值：通過(guò)多路光電探測器采集光開(kāi)關(guān)陣列所有輸出端口的初始光強值，作為后續對比的基準；若某輸出端口光強值為 0，說(shuō)明該端口無(wú)光路覆蓋，后續測試可忽略。

4.      確定光輸出路徑：根據待測試光開(kāi)關(guān)陣列的拓撲架構（如 Benes 架構）與目標輸入端口標識，通過(guò)處理單元內置的 “路徑算法”，自動(dòng)計算所有可能有光輸出的路徑（即光信號從輸入端口到輸出端口經(jīng)過(guò)的光開(kāi)關(guān)單元序列）。

5.      依次測試光開(kāi)關(guān)單元：在光輸出路徑上，按 “分階順序” 依次確定待測試光開(kāi)關(guān)單元，向其施加工作范圍內變化的電壓 / 電流（如 0~5V，步進(jìn) 0.01V），同時(shí)實(shí)時(shí)讀取各輸出端口的光強值變化，基于光強變化判定單元工作狀態(tài)。

（二）多階結構的測試順序優(yōu)化

針對多階結構的光開(kāi)關(guān)陣列（如 5 階 Benes 架構），科毅光通信創(chuàng )新設計了 “分階測試順序”，確保測試效率與精度：

6.      第一測試順序（階間順序）：優(yōu)先測試 “只有一路光輸入的光開(kāi)關(guān)單元”，且階數越大，優(yōu)先級越高；若某光開(kāi)關(guān)單元有兩路光輸入，需先通過(guò)已測試單元的狀態(tài)調整，使其僅保留一路光輸入，避免兩路光信號疊加影響測試結果。

7.      第二測試順序（階內順序）：在同一階結構中，按 “從左到右” 的順序依次測試每個(gè)光開(kāi)關(guān)單元；若某單元測試時(shí)出現 “光強無(wú)變化”（說(shuō)明無(wú)光輸入），可暫時(shí)跳過(guò)，待同階其他單元測試完成后，通過(guò)邏輯反推調整前序單元狀態(tài)，再重新測試。

以 88Benes 架構的光開(kāi)關(guān)陣列為示例（下圖為該架構的光路結構示意圖），當目標輸入端口為 IN1 時(shí)，只有一路光輸入的單元包括第一階第 1 個(gè)、第二階第 1/3 個(gè)、第三階第 1-4 個(gè)；測試時(shí)優(yōu)先從第三階開(kāi)始，再依次測試第二階、第一階，最后測試第四階、第五階的單元。

圖 3  一種8*8Benes架構示意圖

（三）光開(kāi)關(guān)單元的工作狀態(tài)判定

光開(kāi)關(guān)單元的工作狀態(tài)主要分為兩種：Bar 狀態(tài)（光信號從 “輸入上端口” 傳輸至 “輸出上端口”，輸入下端口傳輸至輸出下端口）與Cross 狀態(tài)（光信號從 “輸入上端口” 傳輸至 “輸出下端口”，輸入下端口傳輸至輸出上端口）?？埔愎馔ㄐ呕?“能量守恒定律”（兩輸入光強和 = 兩輸出光強和），通過(guò)以下方法判定狀態(tài)：

1.      施加變化的電壓 / 電流：向待測試單元施加工作范圍內的電壓 / 電流（如 0~0.08A），步進(jìn)值 0.001A，同時(shí)記錄所有輸出端口的光強值。

2.      計算輸出光強和：將該單元兩路輸出光分別對應的所有輸出端口的光強值求和（如第三階第 1 個(gè)單元的上輸出對應 OUT1-4，下輸出對應 OUT5-8，分別計算 OUT1-4 與 OUT5-8 的光強和）。

3.      判定工作狀態(tài)：當 “上輸出光強和最大、下輸出光強和最小” 時(shí)，對應的電壓 / 電流為該單元的 Bar 狀態(tài)參數；當 “上輸出光強和最小、下輸出光強和最大” 時(shí)，對應的電壓 / 電流為 Cross 狀態(tài)參數。

下圖為科毅光通信測試某光開(kāi)關(guān)單元的結果示意圖，其中圖 4 展示了光強損耗隨電流的變化，圖 5 展示了輸出光功率占比隨電流的變化，可清晰觀(guān)察到 Bar 狀態(tài)與 Cross 狀態(tài)的切換點(diǎn)：

圖 4 光開(kāi)關(guān)單元的測試結果示意圖

圖 5 光開(kāi)關(guān)單元的另一個(gè)測試結果示意圖

（四）特殊場(chǎng)景的處理方案

在測試過(guò)程中，可能出現 “待測試單元無(wú)光輸入” 的情況（表現為施加電壓 / 電流后，輸出光強和無(wú)變化）。針對這種場(chǎng)景，科毅光通信的方法設計了 “邏輯反推調整” 機制：

1.      暫時(shí)跳過(guò)無(wú)光輸入的單元，繼續測試同階其他單元；

2.      根據同階單元的測試結果，反推前序單元的初始狀態(tài)（如第三階第 1 個(gè)單元無(wú)光輸入，而第 2 個(gè)單元有光輸入，說(shuō)明第二階第 1 個(gè)單元初始處于 Cross 狀態(tài)）；

3.      調整前序單元的電壓 / 電流，使其切換至 Bar 狀態(tài)，確保待測試單元獲得光輸入；

4.      重新測試無(wú)光輸入的單元，直至獲取其工作狀態(tài)參數。

四、實(shí)際應用案例：8*8Benes 架構硅光開(kāi)關(guān)陣列測試

為驗證測試裝置與方法的有效性，科毅光通信以 “8*8Benes 架構硅光開(kāi)關(guān)陣列” 為測試對象，開(kāi)展了實(shí)際測試驗證，具體過(guò)程與結果如下：

（一）測試準備

5.      待測試產(chǎn)品：科毅光通信自主研發(fā)的 8*8 硅光開(kāi)關(guān)陣列芯片（型號：COR-88BENES），采用 12×12mm QFN 封裝，集成 32 個(gè)光開(kāi)關(guān)單元；

6.      測試環(huán)境：溫度 25℃±2℃，濕度 50%±10%，無(wú)電磁干擾；

7.      測試參數：激光器波長(cháng) 1550nm，輸出光強 0dBm；電壓測試范圍 0~5V，電流測試范圍 0~0.08A。

（二）測試過(guò)程

1.      固定與連接：將 COR-88BENES 芯片通過(guò)轉接板卡固定，使用 FC/APC 連接器連接激光器與 IN1 端口，連接所有輸出端口的光探測器。

2.      第一階段測試（第三階單元）：優(yōu)先測試第三階的 4 個(gè)單元（只有一路光輸入），向每個(gè)單元施加 0~0.08A 的電流，記錄 OUT1-4 與 OUT5-8 的光強和變化。結果顯示，4 個(gè)單元的 Bar 狀態(tài)電流為 0.02A±0.001A，Cross 狀態(tài)電流為 0.06A±0.001A。

3.      第二階段測試（第二階單元）：將第三階單元設置為 Bar 狀態(tài)，測試第二階的 2 個(gè)單元；結果顯示，第二階單元的 Bar 狀態(tài)電壓為 2.0V±0.01V，Cross 狀態(tài)電壓為 4.0V±0.01V。

4.      第三階段測試（第一階單元）：將第二階、第三階單元設置為 Bar 狀態(tài)，測試第一階的 1 個(gè)單元；結果顯示，其 Bar 狀態(tài)電壓為 1.8V±0.01V，Cross 狀態(tài)電壓為 3.8V±0.01V。

5.      第四階段測試（第四、五階單元）：通過(guò)調整前序單元狀態(tài)，使第四、五階單元僅保留一路光輸入，依次測試；結果顯示，第四階單元的 Bar/Cross 狀態(tài)參數偏差≤0.02V，第五階單元偏差≤0.01V。

6.      遍歷輸入端口：依次將激光器連接至 IN2~IN8 端口，重復上述測試，完成所有 32 個(gè)單元的測試。

（三）測試結果

7.      測試效率：?jiǎn)螇K 8*8 硅光開(kāi)關(guān)陣列的測試時(shí)間為 15 分鐘，較傳統方法（40 分鐘）提升 62.5%；

8.      標定精度：所有單元的 Bar/Cross 狀態(tài)參數偏差≤0.02V（或 0.002A），遠高于行業(yè)平均偏差（≤0.05V）；

9.      一致性：同階單元的參數一致性≥98%，確保光路切換的穩定性。

該案例充分驗證了科毅光通信測試裝置與方法的高效性與精準性，可為光開(kāi)關(guān)陣列的批量生產(chǎn)提供可靠的質(zhì)量保障。

五、科毅光通信光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品與服務(wù)優(yōu)勢

科毅光通信的測試技術(shù)不僅是 “質(zhì)量檢測工具”，更是 “產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的核心支撐”。依托該技術(shù)，公司推出了全系列光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，包括：

10.    硅光開(kāi)關(guān)陣列：88、1616、32*32 等規格，支持 Benes、Clos 架構，插入損耗≤3dB，切換速度≤10μs；

11.    機械式光開(kāi)關(guān)：12、22、1*N 等規格，壽命≥1000 萬(wàn)次，隔離度≥60dB；

12.    定制化光開(kāi)關(guān)方案：可根據客戶(hù)需求，提供 “芯片設計→封裝→測試→應用調試” 的一體化服務(wù)。

此外，科毅光通信還為客戶(hù)提供 “光開(kāi)關(guān)測試培訓”“測試裝置定制” 等增值服務(wù)，助力客戶(hù)提升自身測試能力。若您需了解更多光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品或測試技術(shù)細節，可訪(fǎng)問(wèn)公司官網(wǎng)【www.www.hellosk.com】，或聯(lián)系客服獲取技術(shù)資料。

六、結語(yǔ)

在光通信技術(shù)高速發(fā)展的背景下，光開(kāi)關(guān)陣列的測試與標定技術(shù)將成為 “提升產(chǎn)品競爭力” 的關(guān)鍵?？埔愎馔ㄐ磐ㄟ^(guò)自主研發(fā)的測試裝置與方法，有效解決了行業(yè)痛點(diǎn)，為光開(kāi)關(guān)陣列的高效、精準測試提供了新方案。未來(lái)，公司將繼續深耕光電子技術(shù)，推出更適配 5G、數據中心需求的光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品與測試方案，為光通信行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展貢獻力量。

選擇合適的光開(kāi)關(guān)是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細對比關(guān)鍵參數，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專(zhuān)業(yè)的合作伙伴。

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