DE19702743A1 - Integrated optical switching circuit - Google Patents

Abstract

The circuit arrangement has integrated optical switch devices which each have two terminals and which are controlled independently of each other. Electric control lines are in connection with the switch devices. The control lines each have an external terminal. An electric drive circuit is connected to the external terminal. The switch devices are arranged electrically in the form of a matrix, in which the switch devices of a row are connected by their respective terminals to respective control lines of a group of control lines. The switch devices of a column are each connected by their terminals to respective control lines of another group of control lines. The drive circuit (30) has a clock generator (31). It also has a control device (32) connected to the external terminal and to the clock generator (31). The control device applies control pulses to the switch devices in the form of voltage or current pulses in time multiplex operation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine integriert-optische Schaltanordnung mit jeweils zwei Anschlüsse aufweisenden, un­ abhängig voneinander ansteuerbaren, integriert-optischen Schalteinrichtungen, mit den Schalteinrichtungen in Verbin­ dung stehenden elektrischen Ansteuerleitungen, die jeweils einen äußeren Anschluß aufweisen, und einer mit den äußeren Anschlüssen verbundenen, elektrischen Ansteuerschaltung.The invention relates to an integrated optical Switching arrangement with two connections each, un depending on each other controllable, integrated optical Switching devices, with the switching devices in conjunction standing electrical control lines, each have an outer connection, and one with the outer Connected electrical control circuit.

Eine Schaltanordnung dieser Art ist beispielsweise aus der Druckschrift ThD.2.2 des Konferenzbandes der "22nd European Conference on Optical Communication ECOC '96" bekannt. Bei dieser vorbekannten Schaltanordnung handelt es sich um eine 8×8 Schaltanordnung für acht optische Eingangswellenleiter und acht optische Ausgangswellenleiter. Die vorbekannte Schaltanordnung weist 128 Schaltelemente auf, von denen je­ weils zwei elektrisch parallel geschaltet sind und unabhängig voneinander ansteuerbare Schalteinrichtungen bilden; die Gesamtzahl der Schalteinrichtungen beträgt somit 64. Jede Schalteinrichtung ist mit jeweils zwei Ansteuerleitungen verbunden, wobei jede Ansteuerleitung einen äußeren Anschluß aufweist. Folglich enthält die vorbekannte Schaltanordnung 128 Ansteuerleitungen mit ebenso vielen äußeren Anschlüssen.A switching arrangement of this type is for example from the Document ThD.2.2 of the conference volume of the "22nd European Conference on Optical Communication ECOC '96 " this previously known switching arrangement is a 8 × 8 switching arrangement for eight optical input waveguides and eight optical output waveguides. The previously known Switching arrangement has 128 switching elements, each of which because two are electrically connected in parallel and independent form mutually controllable switching devices; the The total number of switching devices is therefore 64. Each Switching device is with two control lines each connected, each drive line having an external connection having. Consequently, the prior art switching arrangement includes 128 control lines with as many external connections.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integriert-op­ tische Schaltanordnung anzugeben, die mit einer verhältnismä­ ßig einfachen Ansteuerung auskommt.The invention has for its object an integrated-op table switching arrangement specify that with a relatively ß simple control.

Diese Aufgabe wird bei einer integriert-optischen Schaltanordnung der bekannten Art erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Schalteinrichtungen elektrisch in Form einer Matrix angeordnet sind, indem Schalteinrichtungen jeweils einer Zeile mit ihrem jeweils einen Anschluß mit jeweils ei­ ner Ansteuerleitung einer Gruppe von Ansteuerleitungen und Schalteinrichtungen jeweils einer Spalte mit ihrem jeweils anderen Anschluß an jeweils eine Ansteuerleitung einer an­ deren Gruppe von Ansteuerleitungen angeschlossen sind, und die Ansteuerschaltung einen Taktgeber und eine an die äußeren Anschlüsse und den Taktgeber angeschlossene Steuereinrichtung enthält, mit der an die Schalteinrichtungen Ansteuerpulse in Form von Spannungs- oder Strompulsen im Zeitmultiplexbetrieb angelegt werden.This task is done with an integrated optical Switching arrangement of the known type according to the invention thereby ge triggers that the switching devices electrically in the form of a Matrix are arranged by switching devices each  a line with its own connection with each egg ner control line of a group of control lines and Switching devices each have a column with their respective another connection to one control line each whose group of control lines are connected, and the drive circuit has a clock and one to the outer Connections and the control device connected to the clock contains the drive pulses to the switching devices in Form of voltage or current pulses in time-division multiplex operation be created.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltanordnung besteht darin, daß für eine Anzahl Z von Schalteinrichtungen nur ca. 2√Z Ansteuerleitungen und ca. 2√Z äußere Anschlüsse er­ forderlich sind. Die erfindungsgemäße Schaltanordnung kommt bei 64 unabhängig voneinander ansteuerbaren Schalteinrichtun­ gen also mit nur 16 Ansteuerleitungen und nur 16 äußeren An­ schlüssen aus. Damit ist in vorteilhafter Weise die elektri­ sche Kontaktierung vereinfacht und die Anzahl der Ansteuer­ treiber reduziert.There is an advantage of the switching arrangement according to the invention in that for a number Z of switching devices only approx. 2√Z control lines and approx. 2√Z external connections are required. The switching arrangement according to the invention comes with 64 independently controllable switching devices conditions with only 16 control lines and only 16 external connections exclude. This is advantageously the electri Contacting simplified and the number of controls driver reduced.

Da die Schalteinrichtungen im Zeitmultiplexbetrieb angesteu­ ert werden, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Schalteinrichtungen digitale optische Schalter sind. Beim Zeitmultiplexbetrieb werden die Schalteinrichtungen nämlich nicht zeitkontinuierlich mit Spannung bzw. Strom versorgt, sondern in regelmäßigen zeitlichen Abständen mit Spannungs- bzw. Strompulsen beaufschlagt, so daß bei jeder Schaltein­ richtung der für eine hohe Übersprechdämpfung exakt einzu­ stellende Schaltpunkt nur im zeitlichen Mittel erreicht wird. Digitale optische Schalter sind für den Zeitmultiplexbetrieb besonders geeignet, da sie eine digitale Schaltcharakteristik aufweisen, die auch bei nicht exakt eingestelltem Schaltpunkt eine hohe Übersprechdämpfung ermöglicht. Since the switching devices are controlled in time-division multiplex operation , it is considered advantageous if the Switching devices are digital optical switches. At the The switching devices are namely time-division multiplexed not continuously supplied with voltage or current, but at regular intervals with voltage or Current pulses applied, so that with each switch direction of the for a high crosstalk attenuation switching point is only reached on average. Digital optical switches are for time division multiplexing Particularly suitable as it has a digital switching characteristic have, even if the switching point is not set exactly high crosstalk attenuation enables.  

Besonders einfache Schalteinrichtungen lassen sich realisie­ ren, wenn die Schalteinrichtungen thermo-optische Schalter oder Ladungsträgerinjektionsschalter sind.Particularly simple switching devices can be implemented ren when the switching devices thermo-optical switches or carrier injection switches.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in einer Figur ein Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung darge­ stellt.To explain the invention is in one figure Example of a switching arrangement according to the invention Darge poses.

Die Figur zeigt Schalteinrichtungen A_x,y (x=1 . . . N, y=1 . . . M), die elektrisch in Form einer Matrix angeordnet sind. Tat­ sächlich sind die einzelnen Schalteinrichtungen entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall der Schaltanordnung räumlich zueinander angeordnet, häufig also nicht matrixförmig pla­ ziert. Jede Schalteinrichtung A_x,y jeweils einer Zeile X ist mit ihrem jeweils einen Anschluß mit jeweils einer Ansteuer­ leitung L_x einer Gruppe N von Ansteuerleitungen verbunden. Außerdem ist jede Schalteinrichtung A_x,y jeweils einer Spalte Y mit ihrem jeweils anderen Anschluß an jeweils eine An­ steuerleitung L_y einer anderen Gruppe M von Ansteuerleitun­ gen angeschlossen. Die Ansteuerleitungen L_x, L_y der beiden Gruppen N und M sind über jeweils einen äußeren Anschluß mit einer Ansteuerschaltung 30 verbunden, die einen Taktgeber 31 und eine Steuereinrichtung 32 aufweist. Der Taktgeber 31 ist mit einem Eingang E321 der Steuereinrichtung 32 verbunden; an einem weiteren Eingang E322 der Steuereinrichtung 32 ist ein Steuergerät 35 zum Vorgeben des optischen Schaltzustandes der integriert-optischen Schaltanordnung angeschlossen. Durch dieses Steuergerät 35 wird - ähnlich wie in der eingangs angegebenen Literaturstelle beschrieben - festgelegt, welche Schalteinrichtungen zur Schaffung eines vorbestimmten opti­ schen Übertragungsweges jeweils zu betätigen sind. Die Steuereinrichtung 32 weist einen Eprom-Baustein 40 auf, der mit seinem einen Eingang E401 mit dem einen Eingang E321 der Steuereinrichtung 32 und somit mit dem Ausgang des Taktgebers 31 verbunden ist. Ein weiterer Eingang E402 des Eprom-Bausteins 40 ist mit dem weiteren Eingang E322 der Steuerein­ richtung 32 und damit mit dem Steuergerät 35 verbunden. Dem Eprom-Baustein 40 nachgeschaltet sind Verstärker V_x, die je­ weils mit einem äußeren Anschluß einer Ansteuerleitung L_x der einen Gruppe N von Ansteuerleitungen verbunden sind. Eine Hilfseinrichtung 60 in der Steuereinrichtung 32 ist mit ihrem Eingang mit dem einen Eingang E321 der Steuereinrichtung 32 verbunden. Ausgangsseitig ist sie an Schalter S_y ange­ schlossen, die jeweils mit einem äußeren Anschluß einer An­ steuerleitung L_y der anderen Gruppe M von Ansteuerleitungen verbunden sind.The figure shows switching devices A _{x, y} (x = 1... N, y = 1... M), which are arranged electrically in the form of a matrix. Actually, the individual switching devices are spatially arranged in relation to the respective application of the switching arrangement, that is, often not placed in a matrix. Each switching device A _{x, y} each of a row X is connected to a respective connection with a respective control line L _x a group N of control lines. In addition, each switching device A _{x, y} is connected to a column Y with its respective other connection to a respective control line L _y of another group M of control lines. The control lines L _x , L _{y of} the two groups N and M are each connected via an external connection to a control circuit 30 which has a clock generator 31 and a control device 32 . The clock generator 31 is connected to an input E321 of the control device 32 ; A control unit 35 for specifying the optical switching state of the integrated-optical switching arrangement is connected to a further input E322 of the control device 32 . By this control unit 35 - similar to that described in the initially cited literature reference - it is determined which switching devices are to be actuated to create a predetermined optical transmission path. The control device 32 has an EPROM module 40 which is connected with its one input E401 to the one input E321 of the control device 32 and thus to the output of the clock generator 31 . Another input E402 of the Eprom module 40 is connected to the further input E322 of the Steuerein device 32 and thus to the control unit 35 . The Eprom module 40 is followed by amplifiers V _x , each of which is connected to an external connection of a drive line L _x of a group N of drive lines. The input of an auxiliary device 60 in the control device 32 is connected to the one input E321 of the control device 32 . On the output side, it is connected to switches S _y , each of which is connected to an external connection of a control line L _{y to} the other group M of control lines.

Um einen definierten Schaltzustand der erfindungsgemäßen Schaltanordnung zu erreichen, werden die einzelnen Schalt­ einrichtungen A_x,y mit der Steuereinrichtung 32, dem Takt­ geber 31 und dem Steuergerät 35 jeweils für eine kurze Zeit­ dauer, d. h. im Zeitmultiplexbetrieb, angesteuert, wobei die Schalteinrichtungen A_x,y hierzu mit einem Strom- bzw. Span­ nungspuls beaufschlagt werden. Dieser Pulsbetrieb ist beson­ ders geeignet für langsame Schalteinrichtungen, wie z. B. thermo-optische Schalteinrichtungen, deren Schaltzeit im Be­ reich von Millisekunden liegt. Die erfindungsgemäße Schaltanordnung läßt sich aber auch bei anderen vergleichs­ weise langsamen Schaltprinzipien wie z. B. Ladungsträgerin­ jektionsschaltern mit hoher Ladungsträgerlebensdauer ein­ setzen. Die Schalteinrichtungen A_x,y sollten digitale opti­ sche Schalter sein, da diese aufgrund ihrer stufenförmigen Schaltcharakteristik besonders unempfindlich gegenüber Schwankungen der Ansteuerleistung bzw. der Ansteuerströme sind.In order to achieve a defined switching state of the switching arrangement according to the invention, the individual switching devices A _{x, y} with the control device 32 , the clock generator 31 and the control unit 35 are each operated for a short time, ie in time-division multiplex operation, the switching devices A _{x , y} are supplied with a current or voltage pulse. This pulse operation is particularly suitable for slow switching devices, such as. B. thermo-optical switching devices, whose switching time is in the range of milliseconds loading. The switching arrangement according to the invention can also be used in other comparative slow switching principles such as. B. charge carrier injection switches with high charge life. The switching devices A _{x, y} should be digital optical switches, since these are particularly insensitive to fluctuations in the drive power or the drive currents due to their step-like switching characteristics.

Beim Betrieb der Schaltanordnung ist sicherzustellen, daß die einzelnen Schalteinrichtungen A_x,y mit ausreichend hoher Wiederholfrequenz der Ansteuerpulse angesteuert werden. Dies ist sichergestellt, wenn die Schaltzeit jeder Schalteinrich­ tung A_x,y deutlich höher als die Gesamtzeit ist, die zum An­ sprechen aller in der Schaltanordnung vorgesehenen Schaltein­ richtungen A_x,y notwendig ist. In diesem Fall ergibt sich im zeitlichen Mittel bei jeder Schalteinrichtung A_x,y ein nahezu konstanter Schaltzustand. Die Höhe der Ansteuerpulse, die in Form von Spannungs- oder Strompulsen vorliegen können, kann durch eine Variation der Pulshöhe oder der Pulsbreite oder einer Kombination davon geregelt werden.When operating the switching arrangement, it must be ensured that the individual switching devices A _{x, y} are controlled with a sufficiently high repetition frequency of the control pulses. This is ensured if the switching time of each switching device A _{x, y is} significantly higher than the total time which is necessary to address all switching devices A _{x, y} provided in the switching arrangement. In this case, the switching average A _{x, y} results in an almost constant switching state. The level of the control pulses, which can be in the form of voltage or current pulses, can be regulated by varying the pulse height or the pulse width or a combination thereof.

Um die Zeit zwischen zwei Ansteuerpulsen bei jeder Schalt­ einrichtung A_x,y möglichst gering zu halten, wird die An­ steuerung der Schalteinrichtungen A_x,y nicht einzeln, sondern spaltenweise vorgenommen. Hierzu wird eine Ansteuerleitung L_y der anderen Gruppe M von Ansteuerleitungen mit dem Schalter S_y auf ein definiertes Potential, beispielsweise Masse, geschaltet, während die übrigen Ansteuerleitungen L_y der an­ deren Gruppe M von Ansteuerleitungen zeitgleich potentialfrei geschaltet werden. Die Schalteinrichtungen A_x,y der Spalte Y können nun mit den Verstärkern V_x angesprochen werden. Das dem gewünschten Schaltzustand der Schaltanordnung entspre­ chende Ansteuermuster für die einzelnen Spalten Y ist in dem Eprom-Baustein 40 abgespeichert. Die Ansteuermuster werden abgerufen, indem die zugehörige Speicheradresse mit dem Takt­ geber 31 und dem Steuergerät 35 an den Eprom-Baustein 40 an­ gelegt wird; die Speicheradresse ergibt sich hierbei aus ei­ ner Kombination des gewünschten Schaltzustandes der Schaltanordnung mit der Nummer der anzusteuernden Spalte Y. Der Schaltzustand der Schaltanordnung wird dabei vom Steuer­ gerät 35 zum Eprom-Baustein 40 übermittelt; die Nummer der jeweiligen Spalte Y wird vom Taktgeber 35 festgelegt, der zu­ gleich das Hilfsgerät 60 mit den nachgeordneten Schaltern S_y ansteuert. To the time between two drive pulses in each switching device A _{x, y} as low as possible, which is to control the switching devices A _{x y,} not individually, but in columns made. For this purpose, a control line L _{y of} the other group M of control lines is switched to a defined potential, for example ground, with the switch S _y , while the other control lines L _y of the other group M of control lines are simultaneously switched potential-free. The switching devices A _{x, y of} the column Y can now be addressed with the amplifiers V _x . The control pattern corresponding to the desired switching state of the switching arrangement for the individual columns Y is stored in the Eprom module 40 . The control patterns are retrieved by the associated memory address with the clock generator 31 and the control unit 35 is applied to the Eprom module 40 ; the memory address results from a combination of the desired switching state of the switching arrangement with the number of the column Y to be controlled. The switching state of the switching arrangement is transmitted from the control device 35 to the Eprom module 40 ; the number of the respective column Y is determined by the clock generator 35 , which controls the auxiliary device 60 with the downstream switches S _y at the same time.

Die Ansteuerung der übrigen Spalten wird in gleicher Form durchgeführt; danach wird die Ansteuerung beginnend mit der ersten Spalte wiederholt.The control of the other columns is the same carried out; then the control starts with the first column repeated.

Claims (4)

1. Integriert-optische Schaltanordnung mit

• - jeweils zwei Anschlüsse aufweisenden, unabhängig voneinan­ der ansteuerbaren, integriert-optischen Schalteinrichtun­ gen,
• - mit den Schalteinrichtungen in Verbindung stehenden elek­ trischen Ansteuerleitungen, die jeweils einen äußeren An­ schluß aufweisen, und
• - einer mit den äußeren Anschlüssen verbundenen, elektrischen Ansteuerschaltung,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schalteinrichtungen (A_x,y) elektrisch in Form einer Ma­ trix angeordnet sind, indem Schalteinrichtungen (A_x,y) je­ weils einer Zeile (X) mit ihrem jeweils einen Anschluß mit jeweils einer Ansteuerleitung (L_x) einer Gruppe von Ansteu­ erleitungen (N) und Schalteinrichtungen jeweils einer Spalte (Y) mit ihrem jeweils anderen Anschluß an jeweils eine Ansteuerleitung (L_y) einer anderen Gruppe von Ansteu­ erleitungen (M) angeschlossen sind, und
• - die Ansteuerschaltung (30) einen Taktgeber (31) und eine an die äußeren Anschlüsse und den Taktgeber (31) angeschlos­ sene Steuereinrichtung (32) enthält, mit der an die Schalteinrichtungen (A_x,y) Ansteuerpulse in Form von Spannungs- oder Strompulsen im Zeitmultiplexbetrieb ange­ legt werden.

1. Integrated optical switching arrangement with

• - Each having two connections, independently of one another of the controllable, integrated-optical switching devices,
• - With the switching devices related elec trical control lines, each having an external circuit, and
• an electrical control circuit connected to the external connections,

characterized in that

• - The switching devices (A _{x, y} ) are arranged electrically in the form of a Ma trix by switching devices (A _{x, y} ) each because of one line (X), each with a connection with a respective control line (L _x ) of a group of controls lines ( N ) and switching devices each have a column (Y) with their respective other connection to a respective control line (L _y ) of another group of control lines ( M ), and
• - The control circuit ( 30 ) contains a clock ( 31 ) and a control device ( 32 ) connected to the external connections and the clock ( 31 ), with which to the switching devices (A _{x, y} ) control pulses in the form of voltage or current pulses be created in time-division multiplexing.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (A_x,y) digitale optische Schalter sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the switching devices (A _{x, y} ) are digital optical switches. 3. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (A_x,y) thermo-optische Schalter sind.3. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the switching devices (A _{x, y} ) are thermo-optical switches. 4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (A_x,y) Ladungsträgerinjektions­ schalter sind.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the switching devices (A _{x, y} ) are charge carrier injection switches.