基于MEMS的OXC：解决可靠性差距
作者：AlexHarwit
电信业的需求促使了其发展方向以光层架构成本的大幅度下降为目标，而该目标的核心就是要减少不必要的光电转换。高度可重构的无阻塞全光交叉连接器（OXC）注定要成为降低成本的一个关键部件，并将在未来的网络中大展鸿图。
而且，未来的OXC完成的也不再仅限于光-光交换了，它还可以实现更多的功能，包括复用/解复用，上路/下路以及信道均衡。这些系统依赖其尺寸、成本、功耗以及可重构性的优势，必将在电信网络中占有一席之地，相比之下，传统的基于SONET的交换机，甚至高级的光电光（OEO）交换机都显得很不经济划算了。
对于大型OXC交换机，运营商的基本要求之一就是长久的连接可靠性。这里所说的可靠连接是指：在整个连接过程中，能够在所有运营环境下，对于任何合法的输入信号，都能满足其所有性能要求。环境条件包括温度、冲击、抖动以及湿度。在Telcordia公布的文件中，对性能和相关的环境测试条件做了规定，通常在用户说明书中，这些规定会更为严格。从具体的数据上讲，运营商要求误码率要低于1×10－12，而系统的可用性要高于99.999%。
人们普遍认为，微机电系统（MEMS）是一种能够实现大的规模效益、优越的旋光性能以及降低电信光交换成本的必需技术。而当前，以OEO交换、SONET以及下一代SONET为基础的现有光架构的高度可靠性，已经为这种新的设备必须跨过的门槛。
下面，我们来探究一下可以提高基于MEMS的OXC系统的连接可靠性的技术和工程设计方法。
封装子系统的可靠性
封装可靠性问题的核心就是它与大量MEMS镜片连接所使用的高电压。其它的问题包括封装和对环境影响进行缓冲，可以采用稳定温度、密封和使用缓冲外罩的方法。
大型交叉连接器的端口数甚至可能超过1000。对于如此多的组件，MEMS数组的封装以及高压线焊，都成了保证可靠连接的重要因素了。MEMS镜片的封装有两种：第一种包括大量的高压线焊；第二种是集成镜片控制器芯片。
更确切的说，每个MEMS通常需要4个电连接器来驱动+X、-X、+Y和-Y传动器。这意味?一个1000端口的开关在镜片数组和镜片数组封装之间就需要接近4000个高压线焊，而实际上，这种互连密度的可靠封装是不可能实现的。
所以，电子集成和互连管理对一个高可靠性的系统是非常有用的。它包括使用分立镜片传动器的集成镜片结构、高压和CMOS层。高压线路利用IC与镜片传动器相连接。CMOS层与高压电路也是通过IC相连的，它提供多路复用和必要的逻辑支持，从而以约为120的最小数量的线焊与高压控制器相连接。这类封装确保了OXC的可靠性。
图片2展示了层的顺序。底层是高阶CMOS层，上面第二层是驱动镜片的电极层，顶层是MEMS镜片数组。
连接可靠性是基于MEMS的OXC的一个关键要求。通过比较几种工程和设计方案，可以得出一些与关键OXC可靠性驱动器相关的结论，其中包括与死循环镜片控制器相结合的单晶‘立体刻蚀镜片’的优势。
集成电子设备的镜片数组在可靠性上优于集成离散电子设备的无源镜片数组，这主要是因为高压线焊数量的减少。隔离抖动的最好方法就是通过镜片控制环对MEMS镜片进行缓冲处理。
综上所述，在光网络中应用基于MEMS的多端口OXC，是不存在基本的可靠性问题的。基于MEMS的全光开关的可靠性远远超过了实用的要求。
