硅基光子技術(shù)是下一代計(jì)算機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵組成之一。目前，國(guó)內(nèi)光模塊耦合設(shè)備已逐漸形成標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，可以滿足400G、800G和1T以上的光模塊耦合量產(chǎn)需求，這得益于控制方案精度的突破性提升和國(guó)產(chǎn)運(yùn)動(dòng)部件的快速模塊化。

　　文/固高科技股份有限公司

　　硅基光子技術(shù)在成本方面相對(duì)于傳統(tǒng)InP材料光子集成具有較大優(yōu)勢(shì)，是光通信技術(shù)主要發(fā)展的方向之一，也是下一代計(jì)算機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵組成之一。光模塊市場(chǎng)前景廣闊，當(dāng)前處于高成長(zhǎng)賽道，硅光技術(shù)有望憑借其成本、傳輸速率優(yōu)勢(shì)在光模塊領(lǐng)形成極大規(guī)模應(yīng)用。

　　回首過去，硅光模塊領(lǐng)域還是以Intel、Luxtera為代表的歐美企業(yè)為主導(dǎo)，國(guó)產(chǎn)化率極低。隨著大數(shù)據(jù)與人工智能行業(yè)的高速發(fā)展，大批數(shù)據(jù)中心/算力中心的建立帶來了光模塊需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)。為了滿足國(guó)內(nèi)硅光模塊產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)的需求，近年來國(guó)內(nèi)硅光設(shè)備的效率和精度日益提升。目前，國(guó)內(nèi)光模塊耦合設(shè)備也逐漸形成標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，可以滿足400G、800G和1T以上的光模塊耦合量產(chǎn)需求，這得益于控制方案精度的突破性提升和國(guó)產(chǎn)運(yùn)動(dòng)部件的快速模塊化。

　　1 固高光模塊耦合設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制解決方案

　　目前國(guó)內(nèi)大部分光模塊耦合設(shè)備主要采用精密直線滑臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，并結(jié)合圖像識(shí)別和傳感器技術(shù)精確控制耦合間隙，在確保光纖不受損傷的同時(shí)提升耦合效率。固高科技為客戶量身定制的解決方案中采用GSN系列運(yùn)動(dòng)控制卡+GSFD低壓伺服驅(qū)動(dòng)器+GTM網(wǎng)絡(luò)型模塊+直線電機(jī)，通過gLink-II千兆等環(huán)網(wǎng)通訊協(xié)議將GSN控制卡和GSFD低壓驅(qū)動(dòng)器和GTM網(wǎng)絡(luò)型模塊相連，實(shí)現(xiàn)光模塊耦合設(shè)備運(yùn)動(dòng)距離極短且精度極高的應(yīng)用需求。系統(tǒng)性能特點(diǎn)如下：

　　(1)高速度

　　400G/800G光模塊雙LENS耦合效率在9分鐘/顆，雙FA耦合效率在8分鐘/顆。

　　(2)高精度

　　重復(fù)定位精度達(dá)±20nm，最小步進(jìn)距離為50nm，靜止抖動(dòng)為±20nm，穩(wěn)態(tài)誤差≤±15nm。

　　(3)高穩(wěn)定性

　　全行程往返進(jìn)行50nm微步運(yùn)行均在30ms以內(nèi)。

　　(4)高效率

　　10K/100K多路高速鎖存模擬量采樣，耦合效率高。

　　2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　光模塊耦合設(shè)備最大的難點(diǎn)在于耦合過程的微步運(yùn)動(dòng)需要納米級(jí)的高精度，因?yàn)轳詈线^程最小運(yùn)動(dòng)距離只有100nm，有時(shí)甚至只運(yùn)動(dòng)50nm，而到位精度要求指令到位之后20ms內(nèi)需要整定到25nm誤差。GSFD低壓伺服驅(qū)動(dòng)器具有良好的速度跟隨性，能夠在微步運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，快速整定到位，跟隨誤差達(dá)到納米級(jí)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 光模塊耦合設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　3 GSFD系列低壓伺服驅(qū)動(dòng)器性能介紹

　　GSFD系列低壓伺服驅(qū)動(dòng)器是固高科技采用前沿的硬件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式開發(fā)的一款高性能緊湊型低壓伺服驅(qū)動(dòng)器，額定電流涵蓋5A-20A，電壓范圍覆蓋12V-110V，特別適合半導(dǎo)體高速高精及高加速度場(chǎng)景應(yīng)用。它支持標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT/模擬量/差分脈沖方向控制，可實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)等旋轉(zhuǎn)/直線執(zhí)行部件的高精度控制，把伺服系統(tǒng)響應(yīng)帶寬推到了更高的層次。

　　(1)高速、高精

　　基于gLink-II總線高性能伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，先進(jìn)的FFD算法和非線性算法，運(yùn)行帶寬高，電流環(huán)采樣分辨率16 bit，運(yùn)算周期31.25us，支持永磁同步電機(jī)、直線電機(jī)、DDR等多種電機(jī)，支持多種編碼器類型，使用高精度的模擬量編碼器，精度可調(diào)到納米級(jí)，精度極高。

　　GSFD低壓伺服驅(qū)動(dòng)器的電流輸出分辨率高使驅(qū)動(dòng)器輸出紋波小，穩(wěn)態(tài)波動(dòng)小。同時(shí)，它還支持正余弦編碼器65536即16位細(xì)分，20um柵距的光柵尺，細(xì)分分辨率可達(dá)0.3nm，并自帶正余弦幅值和相位矯正補(bǔ)償，使編碼器精度極大提高。

　　(2)調(diào)試便捷

　　GSFD低壓伺服驅(qū)動(dòng)器使用固高自主研發(fā)的Driverstudio驅(qū)動(dòng)器調(diào)試軟件，調(diào)試便捷，功能強(qiáng)大，搭配上固高GSN插卡式運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分配站號(hào)，驅(qū)動(dòng)器聯(lián)調(diào)。多軸曲線可以同時(shí)顯示，方便檢查問題，分析曲線?？蛻艨梢酝ㄟ^分析曲線來調(diào)整性能，在線修改增益，高效完成調(diào)試。

　　固高伺創(chuàng)自帶的自動(dòng)霍爾尋相及二分法微動(dòng)尋相，可以使超小行程的耦合滑臺(tái)快速找到電機(jī)初始相位，極大提升調(diào)試便捷度。

　　圖2 GSFD低壓伺服驅(qū)動(dòng)器

　　4 應(yīng)用效果

　　圖3是耦合軸其中一個(gè)電機(jī)以6um/s的速度、100nm運(yùn)動(dòng)距離的運(yùn)行到位曲線。指令到位之后10ms即可整定在4個(gè)編碼器脈沖以內(nèi)，編碼器分辨率為5nm，也就是指令到位后10ms整定到20nm以內(nèi)。

　　圖3 應(yīng)用效果