CN105187035A - 一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，包括一组或一组以上的由数模转换器、运算放大器、模拟开关多路复用器构成的电路单元以及与电路单元相连的中央处理器，所述数模转换器的输出通过运算放大器连接模拟开关多路复用器的输入，所述模拟开关多路复用器的各个输出端与液晶单元控制设置，所述数模转换器的输入端和模拟开关多路复用器的地址选择信号端均与中央处理器连接；所述运算放大器正相输入端连接数模转换器的输出端，运算放大器反相输入端接入其输出端，运算放大器输出端同时连接模拟开关多路复用器公共端；本发明电路设计投入小、风险低，设计周期短，可以根据负载液晶单元的特性，灵活选择数模转换器的分辨率、运算放大器的驱动能力等参数，量身定做，配置灵活。

Description

一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路

技术领域

本发明涉及一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，本发明属于通信领域。

背景技术

作为智能光网络系统的核心设备，可重构光分插复用器(ROADMReconfigurableOpticalAdd-DropMultiplexer)现已广泛用于核心网。而波长选择开关(WSSWavelengthSelectiveSwitch)作为第三代ROADM系统的核心器件，在功能的多样性和稳定性上更胜一筹，正逐步得到广泛应用。

基于液晶技术的波长选择开关，没有任何移动部件，具有很高的可靠性和长寿命，而且其具有带宽动态调整功能，是未来ROADM系统的发展方向。基于该技术的波长选择开关，由于自身特点决定，需要驱动的液晶路数非常多，而且随着设计的通道数和端口数的增加，液晶驱动路数也会成倍增加。目前基于液晶技术的波长选择开关驱动电路，主要受产品体积、功耗等诸多方面限制，多采用高度集成的ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)方案，ASIC由于自身特点，投入大，周期长，风险高，且该类ASIC又属于复杂的带高压的数模混合专用集成电路，集成密度极高，ASIC厂商流片一版成功的概率很低，这令很多有心投入研发、生产基于液晶技术的波长的厂商望而却步，目前基于ASIC方案成功的案例也不多。

发明内容

本发明目的是解决现有技术存在的技术问题，提出了一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路。

本发明采用的技术方案是：

一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，包括一组或一组以上的由数模转换器、运算放大器、模拟开关多路复用器构成的电路单元以及与电路单元相连的中央处理器，所述数模转换器的输出通过运算放大器连接模拟开关多路复用器的输入，所述模拟开关多路复用器的各个输出端与液晶单元控制设置，所述数模转换器的输入端和模拟开关多路复用器的地址选择信号端均与中央处理器连接。

所述运算放大器正相输入端连接数模转换器的输出端，运算放大器反相输入端接入其输出端，运算放大器输出端同时连接模拟开关多路复用器公共端。

所述模拟开关多路复用器采用1TON型或者NTOM型或者N个单刀单掷模拟开关的组合或者N个单刀多掷模拟开关的组合。

所述数模转换器采用第一数模转换器、第二数模转换器；所述模拟开关多路复用器采用第一模拟开关多路复用器、第二模拟开关多路复用器；所述运算放大器采用第一运算放大器、第二运算放大器；第一运算放大器正相输入端连上一级的第一数模转换器的输出端，第一运算放大器反相输入端与其输出端连接，第一运算放大器输出信号端同时连接下一级的第一模拟开关多路复用器；第二运算放大器正相输入端连上一级的第二数模转换器的输出端，第二运算放大器反相输入端与其输出端连接，第二运算放大器输出信号端同时连接下一级的第二模拟开关多路复用器，所述第一数模转换器、第二数模转换器的输入端和第一模拟开关多路复用器、第二模拟开关多路复用器的地址选择信号端均连接中央处理器。

所述第一模拟开关多路复用器、第二模拟开关多路复用器与相对应的第一数模转换器、第二数模转换器的输出需时序匹配，时序匹配由中央处理器配置实现。

所述运算放大器采用集成电路或者分立元件搭建而成的电路单元。

本发明装置具有如下优点：

本发明装置巧妙的利用了液晶单元自身的体电容做采样保持，采用了“时间换空间”的思想，通过时分复用的方式，实现了用少量数模转换器驱动多路液晶单元的功能。通过最优、最精简的电路架构，只需少量芯片，很小的电路板面积便可以实现几百甚至上千通道的液晶单元驱动控制。相较于现有的ASIC方案，本电路设计投入小、风险低，设计周期短，可以根据负载液晶单元的特性，灵活选择数模转换器的分辨率、运算放大器的驱动能力等参数，量身定做，配置灵活，而无需另开ASIC，本发明装置解决目前该方案驱动电路设计难题的一种很好的解决方案，同时该电路也适合于其它基于液晶技术的产品应用。

附图说明

图1是本发明装置的液晶驱动电路框图；

图2是本发明装置用于波长选择开关的液晶组件；

图3是本发明装置液晶交流信号驱动波形；

图4是本发明实施方式中的液晶驱动电路控制时序图；

图中：

11：第一数模转换器；21：第二数模转换器；

12：第一运算放大器；22：第二运算放大器；

13：第一模拟开关多路复用器；23：第二模拟开关多路复用器；

31：液晶组件；41：中央处理器；

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做出详细说明。

本发明提出了一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，包括有数模转换器、运算放大器、模拟开关多路复用器以及中央处理器。所述数模转换器，用来实现数字信号到模拟信号的变换；所述运算放大器，用来缓冲模数转换器的输出信号，为后级模拟开关多路复用器提供较强的驱动能力。所述模拟开关多路复用器，用来将输入的单路模拟信号复用为多路模拟信号，以实现通过少量数模转换器实现多路通道输出的能力，所述中央处理器用来实现对数模转换器和模拟开关多路复用器的时序控制。

本发明提供了一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，以解决基于该方案的波长选择开关驱动电路设计难题。本发明基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路包括一组或一组以上的由数模转换器、运算放大器、模拟开关多路复用器构成的电路单元以及与电路单元相连的中央处理器。如图1所示，在本实施例中，包括二组由数模转换器、运算放大器、模拟开关多路复用器构成的电路单元，电路单元与中央处理器41相连接，所述数模转换器为第一数模转换器11、第二数模转换器21；所述模拟开关多路复用器为第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23；所述运算放大器为第一运算放大器12、第二运算放大器22；第一运算放大器12正相输入端连上一级的第一数模转换器11的输出端，第一运算放大器12反相输入端与其输出端连接，第一运算放大器12输出信号端同时连接下一级的第一模拟开关多路复用器13；第二运算放大器22正相输入端连上一级的第二数模转换器21的输出端，第二运算放大器22反相输入端与其输出端连接，第二运算放大器22输出信号端同时连接下一级的第二模拟开关多路复用器23。所述第一数模转换器11、第二数模转换器21的输入端和第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23的地址选择信号端均连接中央处理器41。

所述数模转换器11(21)，用来实现数字信号到模拟信号的变换；所述运算放大器12(22)，用来缓冲模数转换器的输出信号，为后级模拟开关多路复用器13(23)提供较强的驱动能力。所述模拟开关多路复用器13(23)，用来将输入的单路模拟信号复用为多路模拟信号，以实现通过少量数模转换器实现多路通道输出的功能，所述中央处理器41用来实现对数模转换器11(21)和模拟开关多路复用器13(23)的时序控制。

以下结合实施例和图1，对本发明的内部结构及各功能单元模块相互连接形式做进一步说明。

第一数模转换器11、第二数模转换器21用来将数字控制信号转化为相应的模拟输出。数模转换器可以选择不同的分辨率，不同的转换速率，不同的工作电压，不同的封装形式等。第一数模转换器11、第二数模转换器21可以根据实际需求，选择不同的分辨率和不同的转换速率。分辨率决定了液晶驱动信号的控制精度，分辨率越高，控制精度越高。转换速率决定了液晶驱动信号自身的翻转频率和复用的输出路数，转换速率越高，驱动信号的翻转频率越高，能够复用的输出信号路数也越多。第一数模转换器11、第二数模转换器21的输入为外部数字控制信号，输出给下一级的第一运算放大器12、第二运算放大器22。

第一运算放大器12、第二运算放大器22用在第一数模转换器11、第二数模转换器21和模拟开关短路复用器之间，起到一个阻抗变换作用，用来缓冲前级模数转换器的输出，为后级的第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复器23提供较强的驱动能力。第一运算放大器12、第二运算放大器22应根据前级的第一数模转换器11、第二数模转换器21的输出信号特征，选择合适的带宽。第一运算放大器12正相输入连上一级的第一数模转换器11的输出端，第一运算放大器12反相输入与其自身的输出连接在一起，构成电压跟随器，输出信号同时连接一下级的第一模拟开关多路复用器13。第二运算放大器22正相输入连上一级的第二数模转换器21的输出端，第二运算放大器22反相输入与其自身输出连接在一起，构成电压跟随器，输出信号同时连接一下级的第二模拟开关多路复用器23。本发明运算放大器可以为集成电路，也可为分立元件搭建，或者为能够实现阻抗变换、实现缓冲功能的电路单元，如前级数模转换器驱动能力较强，所述的运算放大器也可省略。

第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23用来将输入的单路模拟信号复用为多路模拟信号。第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23最好选择带N路单刀单掷模拟开关的单芯片，程序控制相对容易，控制时遵守“先断后通”(Break-before-make)的原则。例如选择1TON型，选用“先断后通”(Break-before-make)工作方式的模拟开关。第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23公共端做输入，连接上一级的第一运算放大器12、第二运算放大器22输出，第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23的N路选择通道为输出，连接下一级的液晶单元。

第一数模转换器11、第二数模转换器21的输入和第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23的地址选择信号均连接中央处理器，中央处理器用来实现对数模转换器和模拟开关多路复用器的时序控制。

以下结合实施例和图1～图3，对本发明的控制原理做进一步说明。

如图2所示，用于实现波长选择开关的单个液晶组件31是由单行N列的液晶单元构成。液晶组件由偏光板、玻璃基板、液晶材料等组成，液晶材料填充于上、下玻璃基板形成的空隙内，玻璃基板表面蒸镀有一层透明导电层(ITO膜层)，经光刻加工制成透明导电图形和外引线，外引线通过导电橡胶条或导电胶带等与驱动电路进行连接。液晶自身特点决定，如图3所示其驱动信号必须为交流信号，因为长时间的直流电压加在液晶分子两端，会影响液晶分子的电气化学特性，引起液晶寿命较少，甚至破坏性为不可恢复。液晶分子是一种电压积分型材料，它的扭曲程度(透光性)仅仅和极板间电压的有效值有关，和充电波形无关。液晶单元的等效电气模型为R、C串联电路，等效电容具有存储电荷的能力，本发明装置就是巧妙的利用了液晶单元自身的体电容做电荷保持，大大简化了其驱动电路的设计架构。

本发明提供的液晶驱动电路采用了“时间换空间”的思想，通过“时分复用”的方法，将第一数模转换器11、第二数模转换器21等输出的模拟信号，划分为N个周期性的时间片，每个时间片的输出电压对应一个通道的输出电压，然后利用液晶单元自身的体电容做电荷保持，从而实现了一个数模转换器驱动多路液晶单元的功能。第一数模转换器11、第二数模转换器21用来合成输出的模拟信号，第一数模转换器11、第二数模转换器21、第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23均受中央处理器41控制，数模转换器按照时间片划分，依次输出第1、2……N通道对应的驱动电压，如图4所示，第一运算放大器12、第二运算放大器22构成的电压跟随器对第一数模转换器11、第二数模转换器21的输出电压进行缓冲，提供较强的驱动能力输出给后级的第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23，第一模拟开关多路复用器13、第二模拟开关多路复用器23必须严格遵照第一数模转换器11、第二数模转换器21的输出进行时序匹配，时序匹配通过中央处理器41控制实现。

以下结合实施例和图4，对本发明驱动电路的控制时序做进一步说明。

在中央处理器41控制下，首先第一数模转换器11(DAC1)输出多通道波长选择开关第一通道的驱动电压，然后第一模拟开关多路复用器13(SW1)公共端切换选通第一通道CH11，第一数模转换器11(DAC1)通过第一模拟开关多路复用器13(SW1)对第一通道液晶单元进行充电，待充电至预设电压，第一模拟开关多路复用器13(SW1)公共端切换至空通道(即不与任何输出通道相连接)，第一通道液晶单元上的电荷由于没有放电回路，电压保持不变。接着第一数模转换器11(DAC1)依次输出第2至第N通道的驱动电压，每个通道均重复上述第一通道的控制过程，如此周而复始，一个数模转换器11(DAC1)便能实现N路液晶单元的驱动控制。同理DAC2～DACM，每个数模转换器都能实现N路液晶单元的驱动控制。

综上所述，根据本发明所公开的内容，确实可以达到预期目的，提供的基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，可以解决基于该方案驱动电路设计难题，具有极高的产业利用价值。

所述基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，既可应用于波长选择开关，也可应用于基于液晶技术的其它产品。

上述说明及附图仅是用于说明本发明的实施例，凡本领域技术人员，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明范围内，仍可在形式上和细节上对本发明做出各种变化，其并未脱离本发明的技术与精神。

Claims (6)

1.一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，其特征在于：包括一组或一组以上的由数模转换器、运算放大器、模拟开关多路复用器构成的电路单元以及与电路单元相连的中央处理器，所述数模转换器的输出通过运算放大器连接模拟开关多路复用器的输入，所述模拟开关多路复用器的各个输出端与液晶单元控制设置，所述数模转换器的输入端和模拟开关多路复用器的地址选择信号端均与中央处理器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，其特征在于：所述运算放大器正相输入端连接数模转换器的输出端，运算放大器反相输入端接入其输出端，运算放大器输出端同时连接模拟开关多路复用器公共端。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，其特征在于：所述模拟开关多路复用器采用1TON型或者NTOM型或者N个单刀单掷模拟开关的组合或者N个单刀多掷模拟开关的组合。

4.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，其特征在于：所述数模转换器采用第一数模转换器(11)、第二数模转换器(21)；所述模拟开关多路复用器采用第一模拟开关多路复用器(13)、第二模拟开关多路复用器(23)；所述运算放大器采用第一运算放大器(12)、第二运算放大器(22)；第一运算放大器(12)正相输入端连上一级的第一数模转换器(11)的输出端，第一运算放大器(12)反相输入端与其输出端连接，第一运算放大器(12)输出信号端同时连接下一级的第一模拟开关多路复用器(13)；第二运算放大器(22)正相输入端连上一级的第二数模转换器(21)的输出端，第二运算放大器(22)反相输入端与其输出端连接，第二运算放大器(22)输出信号端同时连接下一级的第二模拟开关多路复用器(23)，所述第一数模转换器(11)、第二数模转换器(21)的输入端和第一模拟开关多路复用器(13)、第二模拟开关多路复用器(23)的地址选择信号端均连接中央处理器(41)。

5.根据权利要求4所述的一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，其特征在于：所述第一模拟开关多路复用器(13)、第二模拟开关多路复用器(23)与相对应的第一数模转换器(11)、第二数模转换器(21)的输出需时序匹配，时序匹配由中央处理器(41)配置实现。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的一种基于液晶技术的多通道波长选择开关驱动电路，其特征在于：所述运算放大器采用集成电路或者分立元件搭建而成的电路单元。