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　　硅基光子技術(shù)是下一代計算機技術(shù)的關鍵組成之一。目前，國內(nèi)光模塊耦合設備已逐漸形成標準化平臺，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產(chǎn)運動部件的快速模塊化。

　　文/固高科技股份有限公司

　　硅基光子技術(shù)在成本方面相對于傳統(tǒng)InP材料光子集成具有較大優(yōu)勢，是光通信技術(shù)主要發(fā)展的方向之一，也是下一代計算機技術(shù)的關鍵組成之一。光模塊市場前景廣闊，當前處于高成長賽道，硅光技術(shù)有望憑借其成本、傳輸速率優(yōu)勢在光模塊領形成極大規(guī)模應用。

　　回首過去，硅光模塊領域還是以Intel、Luxtera為代表的歐美企業(yè)為主導，國產(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。為了滿足國內(nèi)硅光模塊產(chǎn)業(yè)快速增長的需求，近年來國內(nèi)硅光設備的效率和精度日益提升。目前，國內(nèi)光模塊耦合設備也逐漸形成標準化平臺，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產(chǎn)運動部件的快速模塊化。

　　1 固高光模塊耦合設備運動控制解決方案

　　目前國內(nèi)大部分光模塊耦合設備主要采用精密直線滑臺進行運動控制，并結(jié)合圖像識別和傳感器技術(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系列運動控制卡+GSFD低壓伺服驅(qū)動器+GTM網(wǎng)絡型模塊+直線電機，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)動器和GTM網(wǎng)絡型模塊相連，實現(xiàn)光模塊耦合設備運動距離極短且精度極高的應用需求。系統(tǒng)性能特點如下：

　　(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

　　重復定位精度達±20nm，最小步進距離為50nm，靜止抖動為±20nm，穩(wěn)態(tài)誤差≤±15nm。

　　(3)高穩(wěn)定性

　　全行程往返進行50nm微步運行均在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)

　　光模塊耦合設備最大的難點在于耦合過程的微步運動需要納米級的高精度，因為耦合過程最小運動距離只有100nm，有時甚至只運動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)動器具有良好的速度跟隨性，能夠在微步運動的狀態(tài)下，快速整定到位，跟隨誤差達到納米級。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 光模塊耦合設備運動控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　3 GSFD系列低壓伺服驅(qū)動器性能介紹

　　GSFD系列低壓伺服驅(qū)動器是固高科技采用前沿的硬件及結(jié)構(gòu)設計方式開發(fā)的一款高性能緊湊型低壓伺服驅(qū)動器，額定電流涵蓋5A-20A，電壓范圍覆蓋12V-110V，特別適合半導體高速高精及高加速度場景應用。它支持標準的EtherCAT/模擬量/差分脈沖方向控制，可實現(xiàn)直流電機、無刷直流電機、永磁同步電機等旋轉(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)動技術(shù)，先進的FFD算法和非線性算法，運行帶寬高，電流環(huán)采樣分辨率16 bit，運算周期31.25us，支持永磁同步電機、直線電機、DDR等多種電機，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，精度極高。

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

　　(2)調(diào)試便捷

　　GSFD低壓伺服驅(qū)動器使用固高自主研發(fā)的Driverstudio驅(qū)動器調(diào)試軟件，調(diào)試便捷，功能強大，搭配上固高GSN插卡式運動控制器實現(xiàn)自動分配站號，驅(qū)動器聯(lián)調(diào)。多軸曲線可以同時顯示，方便檢查問題，分析曲線。客戶可以通過分析曲線來調(diào)整性能，在線修改增益，高效完成調(diào)試。

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

　　圖2 GSFD低壓伺服驅(qū)動器

　　4 應用效果

　　圖3是耦合軸其中一個電機以6um/s的速度、100nm運動距離的運行到位曲線。指令到位之后10ms即可整定在4個編碼器脈沖以內(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 應用效果