GSFD系列低壓伺服驅(qū)動(dòng)器在納米光耦合設(shè)備中的應(yīng)用

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(jì)算機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵組成之一。光模塊市場前景廣闊，當(dāng)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(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(shè)備的效率和精度日益提升。目前，國內(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產(chǎn)運(yùn)動(dòng)部件的快速模塊化。

No.1 解決方案

目前國內(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。

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±20nm，最小步進(jìn)距離50nm，靜止抖動(dòng)±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。

No.2 架構(gòu)圖

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。

No.3 GSFD系列低壓伺服驅(qū)動(dòng)器

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，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。

No.4 應(yīng)用效果

下圖是耦合軸其中一個(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)。

No.5 加工實(shí)物展示

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固高科技于1999年由香港科技大學(xué)的李澤湘、高秉強(qiáng)、吳宏三位機(jī)器人、微電子和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的國際知名學(xué)者和專家所創(chuàng)辦，是亞太地區(qū)首家擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán), 專業(yè)從事運(yùn)動(dòng)控制及智能制造核心技術(shù)研究與開發(fā)的高科技企業(yè)，是國內(nèi)外全互聯(lián)智能制造綜合解決方案提供商之一。固高科技專注于運(yùn)動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、多維感知、工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)軟件五個(gè)方向的核心技術(shù)研究，通過深入的國內(nèi)外合作、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合、積極培育系統(tǒng)集成商等創(chuàng)新的商業(yè)模式，將固高科技的運(yùn)控技術(shù)及產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于微電子、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、電子加工、檢測、印刷、包裝及生產(chǎn)自動(dòng)化等工業(yè)控制領(lǐng)域。