CN102095997B - 光模块的内部电路与外壳短路异常的自动检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块内部的电路与外壳短路异常故障的自动检测装置及方法，属于自动检测技术领域。本发明的装置包括：微处理器，以及分别与微处理器连接的软件可控的电源开关模块、2选1模拟开关模块、数字多用表模块、声光指示模块、远程编程接口模块；其方法包括：检测外壳与接地端和电源端是否短路的步骤；检测并判断外壳与内部电路短路类型的步骤。本发明的有益效果：本发明的电路结构简单、价格低廉；在微处理器的控制下自动完成检测过程，效率高；降低现有技术中人工操作由于人为因素造成的误判。

Description

光模块的内部电路与外壳短路异常的自动检测装置及方法

技术领域

本发明涉及自动检测技术领域，尤其是一种应用于光模块的内部电路与外壳短路异常检测的自动检测装置，以及与自动检测装置相应的自动检测方法。

背景技术

光模块是光通信设备中的重要的有源器件，为了保证光模块的电磁兼容性能（EMC）、抗电磁干扰性能（EMI）和抗静电性能（ESD），光模块外壳都要求是金属材质，光模块外壳和光模块内部电路不能有电气连接，而光模块外壳和光模块所在的机箱的机壳之间有电气连接，且机箱机壳会在远端接至大地。光模块内部主要由光组件（OSA）、电路板组件（PCBA）、电气信号接口（Electrical Signal Interface）三部分内部电路组成，如果这三部分内部电路的任何一个电气信号异常短路到光模块金属外壳，轻则影响光模块自身的工作性能或EMC/EMI/ESD性能，重则影响其所在设备的工作性能甚至烧毁设备电源。

光模块的内部电路与外壳短路异常可以分为四种类型：光模块外壳到光模块电源端的短路（CASE到VCC短路），或者光模块外壳到光模块雪崩光电二极管偏置电压VAPD端短路（CASE到VAPD短路），或者光模块外壳到光模块接地端的短路（CASE到GND短路），或者光模块外壳与光模块内部电路其他信号端短路异常（CASE到SIGNAL短路）。由于光模块在批量生产过程中其外壳通常是悬空的，即光模块外壳和测试板没有任何电气连接，即使光模块存在以上某种内部电路短路到外壳的异常，光模块也能正常工作并通过性能测试。以CASE到VCC短路异常为例，一旦光模块装配到用户的设备上，电源（VCC）和电气信号管脚就通过光模块的电气信号接口和设备主板相连，则光模块外壳就和用户的设备的机箱机壳相连，由于机箱机壳会在远端接大地，所以，这样就会造成VCC通过光模块外壳短路到大地的异常；如果设备主板没有适当的电源保护机制，用户的设备电源则可能因短路而烧毁，甚至烧毁主板进而引发火灾。所以在光模块出厂前必须经过一个光模块外壳到内部电路之间的短路检测工序，确保没有短路方可视为良品。

现有的光模块金属外壳到内部电路的短路异常的检测方法，多是将光模块安装到测试主板上，在光模块不上电的情况下，手工操作手持式数字多用表并切换至电阻测试档位，如果测试到光模块外壳到光模块电气信号接口的VCC管脚的电阻过小即可判断外壳已经短路到VCC，如果测试到光模块外壳到光模块电气信号接口的GND管脚的电阻过小即可判断外壳已经短路到GND，如果测试到光模块外壳到光模块电气信号接口的其他电气信号管脚的电阻过小即可判断外壳已经和电气信号接口的其他电气信号管脚短路；在光模块上电的情况下，手工操作手持式万用表并切换至电压测试档位，如果测试到光模块外壳电压落在VCC电压范围里（比如光模块多元协议规定的各种电源电压范围值如+3.3V±10%，+5.0V±10%，+12.0V±10%，-5.0V±10%）则可能是外壳已经短路到VCC，如果测试到光模块外壳电压落在VAPD电压范围里（比如20V～60V）则可能是外壳已经短路到VAPD，如果测试到光模块外壳电压落在其他电气信号的电压范围里（比如0.1V～3.0V）则可能是外壳已经短路到内部电路的某个电气信号。这种手工操作的检测方法，耗时耗力、效率低下、人为因素多、容易误判。

如果不考虑检测成本，可以采用昂贵的带编程接口的台式万用表+PC机这种自动化检测方案，比如美国Keithely公司的2100数字多用表，这种带USB编程接口的允许PC机通过USB总线发送SCPI(程控仪器标准命令)命令到2100进行远程通信，具有六位半的高精度，十一种测量功能外加数学修正和数据记录功能，其在2010年10月的官网报价是￥8073.00元，成本高昂。对光模块金属外壳到内部电路的短路异常的检测而言，只需测试100V之内的交直流电压值和100欧姆之内的电阻值，用2100这样的高成本高精度全功能的仪器就显得大材小用了。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术在检测光模块内部电路到外壳短路异常中存在问题，提供一种光模块内部电路与外壳短路异常的自动检测装置，同时提供了根据本发明自动检测装置相对应的自动检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种光模块的内部电路与外壳短路异常的自动检测装置，所述自动检测装置包括插接光模块的光模块插座和电源，还包括：微处理器，用于向各个模块下发工作控制指令，获取数字多用表模块的测量值并判断测量值是否超过测试阈值，将判断结果输出显示；软件可控的电源开关模块，用于在微处理器的控制下，控制光模块与电源的连接与断开；2选1模拟开关模块，用于在微处理器的控制下切换选择数字多用表模块的黑表笔与光模块插座接地端（GND）或电源端（VCC）的电连接；数字多用表模块，其红表笔与光模块外壳电连接，用于在微处理器的控制下切换测量红黑表笔之间的电阻值或交直流电压值，并将测量值送至微处理器；声光指示模块，用于指示检测状态结果信息。

具体的，所述装置还包括与微处理器电连接的供上位机编程的远程编程接口模块。

上述电源开关电路可以包括PMOS管、NMOS管，以及其他类型的可通过软件或电压信号控制的电源开关电路。作为优选，所述装置的电源开关模块为PMOS管，所述PMOS管的栅极与微处理器的一个I/O管脚电连接，PMOS管的源极与电源模块电连接，PMOS管的漏极与光模块插座的电源端电连接。

作为优选，所述装置的2选1模拟开关模块为2选1模拟开关芯片。

作为优选，所述装置的声光指示模块包括四只LED和一个蜂鸣器。在光模块中，短路一般都是光模块内部电路的接地端/电源端/VAPD端/其他信号端与外壳短路，因此，本发明采用四只LED管指示这四种短路异常状态，而任何一种短路异常都可以使蜂鸣器发声。

根据本发明上述光模块的内部电路与外壳短路异常的自动检测装置，其检测方法包括：

步骤S1，初始化系统，微处理器清零各类短路异常标志位，包括光模块外壳到光模块接地端的短路异常标志位，光模块外壳到光模块电源端的短路异常标志位，光模块外壳到光模块接地端的短路异常标志位，光模块外壳到光模块雪崩光电二极管偏置电压VAPD端短路异常标志位，光模块外壳与光模块内部电路其他信号端短路异常标志位;

步骤S2，微处理器控制数字多用表模块切换至电阻值测试档并设置电阻最优量程；微处理器控制电源开关模块使电源到光模块插座的通路断开，从而使光模块处于不上电的情况;

步骤S3，微处理器控制2选1模拟开关模块选通光模块接地端输出到数字多用表模块的黑表笔，微处理器从数字多用表模块获取光模块外壳到光模块接地端的电阻值后判断该电阻值是否超过设定的电阻阈值，若该电阻值超过设定的电阻阈值，则置微处理器的光模块外壳到光模块接地端的短路异常标志位为1;

步骤S4，微处理器控制2选1模拟开关模块选通光模块电源端输出到数字多用表模块的黑表笔，微处理器从数字多用表模块获取光模块外壳到光模块电源端的电阻值后判断该电阻值是否超过设定的电阻阈值，若该电阻值超过设定的电阻阈值，则置微处理器的光模块外壳到光模块电源端的短路异常标志位为1;

步骤S5，微处理器控制数字多用表模块切换至电压值测试档并设置最优量程；微处理器控制电源开关模块使电源到光模块插座的通路导通，从而使光模块处于上电的情况;

步骤S6，微处理器控制2选1模拟开关模块选通光模块接地端输出到数字多用表模块的黑表笔，微处理器从数字多用表模块获取光模块外壳到光模块接地端的交直流电压值，根据该交直流电压值所处的量值范围以判断短路异常的类型，并置该类短路异常标识位为1;

步骤S7，微处理器根据各类短路异常标志位的值将检测结果输出到声光指示单元指示，并输出到远程编程接口模块供上位机编程。

具体的，上述步骤中根据交直流电压值所处的量值范围以判断短路的类型的方法为：

如果交直流电压值为光模块多元协议规定的各种电源电压范围值如+3.3V±10%，+5.0V±10%，+12.0V±10%，-5.0V±10%，则判断结果为光模块外壳与光模块电源端短路，否则：如果交直流电压值为20V～60V，则判断结果为光模块外壳到光模块雪崩光电二极管偏置电压VAPD端短路，否则：判断结果为光模块外壳与光模块内部电路其他信号端短路。

由于本发明采用上述技术方案，所以本发明可以达到以下有益效果：本发明的电路结构简单，相对于价格昂贵的2100数字多用表价格低廉；效率高，在微处理器的控制下自动完成多功能数字表的档位切换和光模块的上电与断电，自动化的完成光模块短路异常的检测工作；降低现有技术中人工操作由于人为因素造成的误判。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明具体实施方案中光模块内部电路到外壳的短路检测装置的硬件部分原理示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1是本发明具体实施方案中光模块内部电路到外壳的短路检测装置的硬件部分原理示意图，硬件电路部分由六部分构成：

一个PMOS管，是软件可控的光模块的电源开关；PMOS管的栅极接微处理器的P1端口，源极接电源的输出端，漏极接光模块插座的电源输入端，微处理器通过ShutDown信号控制PMOS管的开通与关闭，以控制光模块的上电与断电。

一个2选1模拟开关芯片，用于给数字多用表芯片的黑表笔公共测量接口提供一路软件可选的模块信号；其控制端接微处理器的P1端口，两个输入端分别接光模块插座的电源端VCC和接地端GND，一个输出端接数字多用表芯片的黑表笔，微处理器通过Select信号控制2选1模拟开关信号选择两路模拟信号的其中一个通过其输出端送至数字多用表芯片的黑表笔。

一个数字多用表芯片，用于测量红黑表笔之间的交直流电压值和电阻值；红表笔一直与光模块的外壳通过CASE连接，数字多用表芯片通过uP BUS与微处理器连接。

一个微处理器，用于控制PMOS管的开关进而控制光模块的电源开关、控制2选1模拟开关芯片进而从电源端VCC/接地端GND两路信号选择一路输出到数字多用表黑表笔、控制数字多用表芯片获取红黑表笔之间的直流电压测量值和电阻测量值、判断各个测量值是否超标并将判断结果输出到声光指示单元供用户观察或输出到远程编程接口供上位机编程。

具体检测方法是，在光模块未上电时，测量外壳到电源端VCC的电阻值，以及外壳到接地端GND的电阻值，如果电阻值明显偏小比如小于10欧姆，则认为外壳到电源端VCC或外壳到接地端GND有短路异常；在光模块上电时，测量外壳到接地端GND的交直流电压值，该交直流电压值落在光模块多元协议规定的各种电源电压范围值内如+3.3V+/-10%（2.97V～3.63V），+5.0V+/-10%（4.5V～5.5V），+12.0V+/-10%（10.8V～13.2V），-5.0V+/-10%（-5.5V～-4.5V），则判断是外壳已经短路到电源端VCC；如果该交直流电压值落在VAPD电压范围20V～60V时，则判断是外壳已经短路到VAPD；如果该交直流电压值落在其他电气信号的电压范围里则判断是外壳已经短路到内部电路的其他某个电气信号，这时要通过其他技术手段具体分析CASE与其他某个信号短路了。

具体实施方案中，假设检测对象是SFP光模块，其供电电源VCC要求是3.3V且耗散电流小于300mA选型，接收机光组件是APD雪崩光电二级管，所以内部电路一定有APD偏置电压VAPD，偏置电压VAPD范围通常是20V～60V。光模块测试板上的电源模块的输出电压VCCin是3.3V。具体到本方案的器件选型，PMOS管可选用美国ONSEMI公司的NTS2101，其最大过电流能力是1.5A且最大过电压能力是8V，满足SFP光模块所需最大3.3V和300mA的要求，其开关阈值电压典型值VGSth=-0.7V这意味着只要微处理器的ShutDown信号高电平大于3.3V-0.7V=2.6V则可以把该PMOS关断，而3.3V供电的基于CMOS工艺的微处理器的I/O管脚的高电平通常是大于3V的所以足以关断该PMOS管。2选1模块开关芯片可选用美国ANALOG公司的ADG1419，因为测试CASE到VCC或GND之间的电阻就应该考虑到该导通电阻，所以要求模块开关的导通电阻较小，而该模块开关的导通电阻典型值是2.1欧姆满足要求；同时注意到其控制端输入为“0”时导通输入第一路到公共端输出，为“1”时导通第二路输入到公共端输出。数字多用表芯片可以采用美国MAXIM公司的MAX134，3又3/4位分辨率，带微处理器并行控制总线接口，在不切换表笔的前提下仅通过软件切换测量对象（电压还是电阻）和量程即可完成本方案的所有测量。微处理器可选用Silicon Labs公司的C8051F320单片机，用微处理器的P1端口用作控制信号Shutdown/Select/Indicate BUS，其中Indicate BUS最简单就是4个信号线，分别表征外壳到电源端VCC短路异常标志位FLAG_CASE2VCC，外壳到接地端GND短路异常标志位FLAG_CASE2GND，外壳到VAPD短路异常标志位FLAG_CASE2VAPD，外壳到其他电气信号短路异常标志位FLAG_CASE2SIGNAL；用微处理器的P2端口可以模拟和数字多用表芯片MAX134匹配的微处理器并行控制总线接口uP BUS，另外它还带有一个USB和一个RS232接口可以与上位机或PC机通信。声光指示单元最简单可以是4个LED指示灯，分别用于显示四种短路异常标志位；也可以加一个蜂鸣器，它的驱动信号是四种短路异常标志位的或运算的结果；当某个短路异常标志位置1时，对应的LED指示灯亮且蜂鸣器发声。

本发明中，与上述装置相对应的自动检测方法为：

步骤1，初始化系统，微处理器清零各类短路异常标志位，包括光模块外壳到光模块接地端的短路异常标志位FLAG_CASE2GND=0，光模块外壳到光模块电源端的短路异常标志位FLAG_CASE2VCC=0，光模块外壳到光模块雪崩光电二极管偏置电压VAPD端短路异常标志位FLAG_CASE2VAPD=0，光模块外壳与光模块内部电路其他信号端短路异常标志位FLAG_CASE2SIGNAL=0；

步骤2，微处理器的uP BUS控制数字多用表芯片切换至电阻测试档位并设置最优量程，微处理器的shutdown信号置成高电平，关断PMOS管从而使VCCin和VCC断开，从而使光模块处于不上电的情况下.

步骤3，微处理器设置Select=0，控制2选1模拟开关芯片选通第一路的接地端GND并输出到数字多用表黑表笔，此时光模块外壳是直接连接到数字多用表红表笔的。然后微处理器的uP BUS从数字多用表芯片获取到外壳到接地端GND的电阻值。最后微处理器判断如果该电阻值小于10欧姆，则使微处理器的CASE到GND短路异常标志位FLAG_CASE2GND=1；

步骤4，微处理器设置Select=1，控制2选1模拟开关芯片选通第二路的电源端VCC并输出到数字多用表黑表笔，此时光模块金属外壳是直接连接到数字多用表红表笔的。然后微处理器的uP BUS从数字多用表芯片获取到外壳到电源端VCC的电阻值。最后微处理器判断如果该电阻值小于10欧姆，则使微处理器的外壳到电源端VCC短路异常标志位FLAG_CASE2VCC=1；

步骤5，微处理器的uP BUS控制数字多用表芯片切换至直流电压测试档位并设置最优量程。微处理器的shutdown信号置成低电平，导通PMOS管从而使VCCin和VCC导通，这样光模块就处于上电的情况下；

步骤6，微处理器设置Select=0，控制2选1模拟开关芯片选通第一路的接地端GND并输出到数字多用表黑表笔，此时光模块金属外壳是直接连接到数字多用表红表笔的。然后微处理器的uP BUS从数字多用表芯片获取到外壳到接地端GND的交直流电压值。最后微处理器判断如果该直流电压值落在光模块多元协议规定的各种电源电压范围值如+3.3V±10%，+5.0V±10%，+12.0V±10%，-5.0V±10%，则判断是外壳已经短路到电源端VCC，则置位微处理器的外壳到电源端VCC短路异常标志位FLAG_CASE2VCC=1；如果该直流电压值落在VAPD电压范围里（20V～60V）则判断是外壳已经短路到VAPD，则置位微处理器的外壳到VAPD短路异常标志位FLAG_CASE2VAPD=1；如果该交直流电压值落在其他电气信号的电压范围里则判断是外壳已经短路到内部电路的某个电气信号，则置位微处理器的CASE到其他电气信号短路异常标志位FLAG_CASE2SIGNAL=1；

步骤7，微处理器根据四个短路异常标志位，将检测结果输出到声光指示单元供用户观察或输出到远程编程接口供上位机编程。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种光模块的内部电路与光模块外壳短路异常的自动检测装置，所述自动检测装置包括插接光模块的光模块插座和电源，其特征在于，还包括：

微处理器，用于向各个模块下发工作控制指令，获取数字多用表模块的测量值并判断测量值是否超过测试阈值，将判断结果输出显示；

软件可控的电源开关模块，用于在微处理器的控制下，控制光模块与电源的连接与断开；

2选1模拟开关模块，用于在微处理器的控制下切换选择数字多用表模块的黑表笔与光模块插座接地端或电源端的电连接关系；

数字多用表模块，其红表笔与光模块外壳电连接，用于在微处理器的控制下切换测量红黑表笔之间的电阻值或交直流电压值，并将测量值送至微处理器；

声光指示模块，用于指示检测状态结果信息。

2.根据权利要求1所述的光模块的内部电路与光模块外壳短路异常的自动检测装置，其特征在于，还包括与微处理器电连接的供上位机编程的远程编程接口模块。

3.根据权利要求1或2所述的光模块的内部电路与光模块外壳短路异常的自动检测装置，其特征在于，所述电源开关模块为PMOS管，所述PMOS管的栅极与微处理器的一个I/O管脚电连接，PMOS管的源极与电源模块电连接，PMOS管的漏极与光模块插座的电源端电连接。

4.根据权利要求1或2所述的光模块的内部电路与光模块外壳短路异常的自动检测装置，其特征在于，所述2选1模拟开关模块为2选1模拟开关芯片。

5.根据权利要求1或2所述的光模块的内部电路与光模块外壳短路异常的自动检测装置，其特征在于，所述声光指示模块包括四只LED和一个蜂鸣器。

6.权利要求1所述的光模块的内部电路与光模块外壳短路异常的自动检测装置的检测方法，其特征在于，其方法包括：

步骤S1，初始化系统，微处理器清零各类短路异常标志位，包括光模块外壳到光模块接地端的短路异常标志位，光模块外壳到光模块电源端的短路异常标志位，光模块外壳到光模块雪崩光电二极管偏置电压VAPD端短路异常标志位，光模块外壳与光模块内部电路其他信号端短路异常标志位;

步骤S2，微处理器控制数字多用表模块切换至电阻值测试档并设置电阻最优量程；微处理器控制电源开关模块使电源到光模块插座的通路断开，从而使光模块处于不上电的情况;

步骤S3，微处理器控制2选1模拟开关模块选通光模块接地端输出到数字多用表模块的黑表笔，微处理器从数字多用表模块获取光模块外壳到光模块接地端的电阻值后判断该电阻值是否超过设定的电阻阈值，若该电阻值超过设定的电阻阈值，则置微处理器的光模块外壳到光模块接地端的短路异常标志位为1;

步骤S4，微处理器控制2选1模拟开关模块选通光模块电源端输出到数字多用表模块的黑表笔，微处理器从数字多用表模块获取光模块外壳到光模块电源端的电阻值后判断该电阻值是否超过设定的电阻阈值，若该电阻值超过设定的电阻阈值，则置微处理器的光模块外壳到光模块电源端的短路异常标志位为1;

步骤S5，微处理器控制数字多用表模块切换至电压值测试档并设置最优量程，微处理器控制电源开关模块使电源到光模块插座的通路导通，从而使光模块处于上电的情况;

步骤S6，微处理器控制2选1模拟开关模块选通光模块接地端输出到数字多用表模块的黑表笔，微处理器从数字多用表模块获取光模块外壳到光模块接地端的交直流电压值，根据该交直流电压值所处的量值范围以判断短路异常的类型，并置该类短路异常标识位为1;

步骤S7，微处理器根据各类短路异常标志位的值将检测结果输出到声光指示单元指示，并输出到远程编程接口模块供上位机编程。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，根据交直流电压值所处的量值范围以判断短路的类型的方法为：

如果交直流电压值为光模块多元协议规定的各种电源为-5.5V～-4.5V、2.97V～3.63V、4.5V～5.5V、10.8V～13.2V中的任一电压范围，则判断结果为光模块外壳与光模块电源端短路，否则：

如果交直流电压值为20V～60V，则判断结果为光模块外壳到光模块雪崩光电二极管偏置电压VAPD端短路，否则：

判断结果为光模块外壳与光模块内部电路其他信号端短路。

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