固高 | GSFD系列低压伺服驱动器在纳米光耦合设备中的应用

GSFD系列低压伺服驱动器在纳米光耦合设备中的应用

硅基光子技术在成本方面相对于传统InP材料光子集成具有较大优势，是光通信技术主要发展的方向之一，也是下一代计算机技术的关键组成之一。光模块市场前景广阔，当前处于高成长赛道，硅光技术有望凭借其成本、传输速率优势在光模块领形成极大规模应用。

回首过去，硅光模块领域还是以Intel、Luxtera为代表的欧美企业为主导，国产化率极低。随着大数据与人工智能行业的高速发展，大批数据中心/算力中心的建立带来了光模块需求的爆发式增长。为了满足国内硅光模块产业快速增长的需求，近年来国内硅光设备的效率和精度日益提升。目前，国内光模块耦合设备也逐渐形成标准化平台，可以满足400G、800G和1T以上的光模块耦合量产需求，这得益于控制方案精度的突破性提升和国产运动部件的快速模块化。

No.1 解决方案

目前国内大部分光模块耦合设备主要采用精密直线滑台进行运动控制，并结合图像识别和传感器技术精确控制耦合间隙，在确保光纤不受损伤的同时提升耦合效率。固高科技为客户量身定制的解决方案中采用GSN系列运动控制卡+GSFD低压伺服驱动器+GTM网络型模块+直线电机，通过gLink-II千兆等环网通讯协议将GSN控制卡和GSFD低压驱动器和GTM网络型模块相连，实现光模块耦合设备运动距离极短且精度极高的应用需求。

1. 高速度

400G/800G光模块双LENS耦合效率在9分钟/颗，双FA耦合效率在8分钟/颗。

2. 高精度

重复定位精度±20nm，最小步进距离50nm，静止抖动±20nm，稳态误差≤±15nm。

3. 高稳定性

全行程往返进行50nm微步运行均在30ms以内。

4. 高效率

10K/100K多路高速锁存模拟量采样，耦合效率高。

No.2 架构图

光模块耦合设备最大的难点在于耦合过程的微步运动需要纳米级的高精度，因为耦合过程最小运动距离只有100nm，有时甚至只运动50nm，而到位精度要求指令到位之后20ms内需要整定到25nm误差。GSFD低压伺服驱动器具有良好的速度跟随性，能够在微步运动的状态下，快速整定到位，跟随误差达到纳米级。

No.3 GSFD系列低压伺服驱动器

GSFD系列低压伺服驱动器是固高科技采用前沿的硬件及结构设计方式开发的一款高性能紧凑型低压伺服驱动器，额定电流涵盖5A-20A，电压范围覆盖12V-110V，特别适合半导体高速高精及高加速度场景应用。它支持标准的EtherCAT/模拟量/差分脉冲方向控制，可实现直流电机、无刷直流电机、永磁同步电机等旋转/直线执行部件的高精度控制，把伺服系统响应带宽推到了更高的层次。

1. 高速高精

基于gLink-II总线高性能伺服驱动技术，先进的FFD算法和非线性算法，运行带宽高，电流环采样分辨率16 bit，运算周期31.25us，支持永磁同步电机、直线电机、DDR等多种电机，支持多种编码器类型，使用高精度的模拟量编码器，精度可调到纳米级，精度极高。

GSFD低压伺服驱动器的电流输出分辨率高使驱动器输出纹波小，稳态波动小。同时，它还支持正余弦编码器65536即16位细分，20um栅距的光栅尺，细分分辨率可达0.3nm，并自带正余弦幅值和相位矫正补偿，使编码器精度极大提高。

2. 调试便捷

GSFD低压伺服驱动器使用固高自主研发的Driverstudio驱动器调试软件，调试便捷，功能强大，搭配上固高GSN插卡式运动控制器实现自动分配站号，驱动器联调。多轴曲线可以同时显示，方便检查问题，分析曲线。客户可以通过分析曲线来调整性能，在线修改增益，高效完成调试。

固高伺创自带的自动霍尔寻相及二分法微动寻相，可以使超小行程的耦合滑台快速找到电机初始相位，极大提升调试便捷度。

No.4 应用效果

下图是耦合轴其中一个电机以6um/s的速度、100nm运动距离的运行到位曲线。指令到位之后10ms即可整定在4个编码器脉冲以内，编码器分辨率为5nm，也就是指令到位后10ms整定到20nm以内。

No.5 加工实物展示

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固高科技于1999年由香港科技大学的李泽湘、高秉强、吴宏三位机器人、微电子和运动控制领域的国际知名学者和专家所创办，是亚太地区首家拥有自主知识产权, 专业从事运动控制及智能制造核心技术研究与开发的高科技企业，是国内外全互联智能制造综合解决方案提供商之一。固高科技专注于运动控制、伺服驱动、多维感知、工业现场网络和工业软件五个方向的核心技术研究，通过深入的国内外合作、产学研相结合、积极培育系统集成商等创新的商业模式，将固高科技的运控技术及产品广泛应用于微电子、机器人、数控机床、电子加工、检测、印刷、包装及生产自动化等工业控制领域。