PLZT电光开关的驱动电路、封装与测试研究

摘要

光开关作为光分插复用器和光交叉连接器的核心器件，在光纤通信网络中有着广泛的应用。掺镧锆钛酸铅(PLZT)是一种新型的电光特性优异的透明铁电薄膜材料。用其制作的电光开关具有器件体积小、驱动电压低、开关时间短（ns级）、易于集成等特点，对光网络的发展有着积极作用，因而近年来受到国内外研究人员的广泛关注。
　　本文针对1×16马赫-泽德干涉(MZI)型PLZT电光开关的工作原理，设计并制作出了以单片机和CPLD为核心的控制电路，并以引脚驱动芯片EL7156为核心设计驱动电路，以适应不同结构PLZT电光开关的电容特性。经调试，测得该电路输出的驱动电压为0-15V，负载电容30pF时，驱动信号响应时间约为7ns，负载电容400pF时，驱动信号响应时间约为19ns，满足PLZT光开关的驱动需求。然后，针对实验室制备的MZI型PLZT电光开关，设计了驱动电极引线框架和带光纤的金属封装外壳，采用引线键合工艺完成了芯片与PCB板互连，并进行了封装，确保PLZT电光开关封装后能有效工作。最后，搭建了相应的测试光路及电路，并利用我们研制的控制驱动电路测试了实验室制备的1×2MZI型PLZT电光开关特性。测得器件的偏置电压在15V以内，电路的响应时间在10ns以内，光开关的响应时间在25ns左右。实验证明，该控制驱动电路的响应时间小于20ns，满足PLZT电光开关速度ns级的要求，能够有效驱动PLZT电光开关工作。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 光纤通信简介

1．2 光开关的应用

1．3 光开关的性能参数

1．4 光开关的分类

1．4．1 机械型光开关

1．4．2 波导型光开关

1．4．3 其他类型光开关

1．5 PLZT电光开关

1．5．1 PLZT材料简介

1．5．2 PLZT电光开关研究进展

1．6 本文主要研究内容

第二章 PLZT电光开关的原理

2．1 电光效应

2．2 MZI型电光开关

2．3 PLZT电光开关结构

第三章 控制和驱动电路的设计

3．1 控制驱动电路的总体设计

3．2 系统电源设计

3．3 控制电路设计

3．3．1 单片机的选取与电路设计

3．3．2 CPLD的选取与电路设计

3．3．3 矩阵键盘电路设计

3．3．4 显示电路设计

3．4 驱动电路设计

3．4．1 驱动芯片EL7457

3．4．2 驱动芯片EL7156

3．5 本章小结

第四章 PCB板设计制作

4．1 PCB的设计方法

4．2 PCB的设计规则

4．2．1 元器件封装制作

4．2．2 元器件布局

4．2．3 电路板布线

4．2．4 焊盘与过孔

4．2．5 电源线和地线

4．3 PCB制版与焊接

4．4 本章小结

第五章 PLZT电光开关的封装

5．1 芯片封装工艺

5．1．1 封装简介

5．1．2 芯片互连级

5．1．3 一级微电子封装技术

5．1．4 二级微电子封装技术

5．1．5 三级微电子封装技术

5．2 PLZT电光开关的封装

5．2．1 PLZT电光开关封装设计

5．2．2 PLZT电光开关封装工艺

5．3 本章小结

第六章 PLZT电光开关的测试与分析

6．1 光开关测试光路搭建

6．2 光开关主要性能测试

6．2．1 插入损耗、串扰和偏置电压

6．2．2 开关时间

6．3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文