CN102594448B - 一种消光比测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消光比测量装置。本发明利用一般光模块发端P1是P0几十倍的特点，通过将待测光信号转换为电信号后，使表示0的电信号工作在跨阻放大器的线性放大区，而表示1的电信号工作在跨阻放大器的饱和区，而后将饱和的峰值过滤掉，只剩下表示0的电信号，再由上位机将P0计算出来，而后根据光功率计测量得到的Pavg，可以简单的计算出消光比ER；本发明的装置利用的都是价格低廉的器件，与示波器相比，能够低成本的实现消光比ER的快速测量，利于大规模的生产应用。

Description

一种消光比测量装置

技术领域

    本发明属于光通信领域，尤其涉及一种对光模块的消光比进行测量的装置。

背景技术

光通信网络连接到用户终端的接入网，按照是否接入了有源器件可分为AON(Active Optical Network，有源光网络)和PON(Passive Optical Network，无源光网络)。由于PON具有维护简便，便于安装和拓展的特点，得到了广泛的使用，并成为了国际通信联盟的标准规范。

光网络器件中收发光信号的部件叫做光模块。光模块的发端有一个重要的指标，叫做ER（Extinction Ratio，消光比），所谓ER为光模块发端发逻辑1时的光功率P1（即高光功率）和发逻辑0时的光功率P0（即低光功率）的比值，计算公式为ER=10*lg(P1/P0)，单位为dB。消光比体现的是光模块发0和发1时的信号区别度，消光比越高，说明表示1的光信号和表示0的光信号光功率差别越大，也就越容易被接收机区分出来，就越不容易产生误码。对于一个ER=13dB的光信号来说，P0只有P1值的1/20，如果同时测量P1和P0，测量仪器的工作动态范围需要很宽，灵敏度高的同时又不易受到背景噪声的干扰。

现有的测量ER的方法，一般都是利用示波器直接对光模块的ER进行测量。示波器的功能虽然强大，但其成本很高，对于一些只需要测量消光比值的简单应用来说显得过于复杂和昂贵。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够低成本的测量光模块消光比的装置。

本发明的目的通过以下的技术方案来完成：一种消光比测量装置，包括光功率计、上位机，还包括APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)、TIA（Trans-impedance Amplifier，跨阻放大器）、峰值过滤电路、和模数转换器；所述光功率计测量待测光源的平均光功率Pavg，并将Pavg发送到上位机；所述APD将接收到的待测光信号转化为电信号发送到TIA；TIA将电信号放大，并将表示逻辑1的电信号转换为低电平，表示逻辑0的电信号转换为峰值电平后，将低电平和峰值电平发送到峰值过滤电路；峰值过滤电路过滤掉表示逻辑1的低电平，而将表示逻辑0的峰值电平发送到模数转换器；模数转换器将作为模拟信号的表示逻辑0的峰值电平幅度转换为数字电信号后发送到上位机，上位机计算出P0值后结合Pavg计算出待测光源的消光比ER。

进一步的，还包括光衰减器，该光衰减器用于在上位机的控制下接收待测光信号并调节该待测光信号的大小后发送到APD。通过光衰减器调节待测光信号的光功率大小，能够更好的使P0的信号被后续电路接收到，增强了本装置的抗噪声等干扰能力。

进一步的，所述TIA的增益跨阻Rf的阻值为5K到50K欧姆。TIA的增益要足够大才能保证功率比较低的表示逻辑0的电信号工作在TIA的线性放大区，而表示逻辑1的电信号工作在TIA的饱和区；同时TIA的增益又不能太大，大到连表示逻辑0的电信号也工作在TIA的饱和区，故TIA的增益跨阻Rf的阻值应该有个合适的上限。统计下来，5K到50K是个合适的范围，能很好的适应绝大部分的光模块。

进一步的，所述峰值过滤电路包括二极管D，电容C，电阻Rc；二极管D正极接TIA输出端，二极管D负极接模数转换器输入端；电容C一端接模数转换器输入端，电容C另一端接地；电阻Rc一端接模数转换器输入端，电阻Rc另一端接地。这样的峰值过滤电路能够低成本的实现过滤掉峰值的作用。

进一步的，还包括光分路器和标准光源；所述光分路器一端接收端接收待测光源发出的待测光信号，光分路器另一端接收端接收标准光源发出的标准光信号，光分路器一端输出端连接APD输入端，光分路器另一端输出端连接光功率计输入端。增加标准光源后通过光分路器发送到光功率计来测量标准光信号的平均光功率，能够更有效的进行测量的校准，从而防止如高温低温等环境影响带来的误差。

本发明的有益效果在于：本发明利用一般光模块发端P1是P0几十倍的特点，通过将待测光信号转换为电信号后，使表示0的电信号工作在跨阻放大器的线性放大区，而表示1的电信号工作在跨阻放大器的饱和区，而后将饱和的峰值过滤掉，只剩下表示0的电信号，再由上位机将P0计算出来，而后根据光功率计测量得到的Pavg，可以简单的计算出消光比ER；本发明的装置利用的都是价格低廉的器件，与示波器相比，能够低成本的实现消光比ER的快速测量，利于大规模的生产应用。

附图说明

图1为本发明具体实施例的电路结构示意图。

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。同时本说明书中对替代特征的描述是对等同技术特征的描述，不得视为对公众的捐献。

本说明书（包括任何权利要求、摘要和附图）中用语若同时具有一般含义与本领域特有含义的，如无特殊说明，均定义为本领域特有含义。

在测量的时候，如果我们使输入给待测光模块发端的调制信号中的0和1总数基本相当，则计算其平均光功率Pavg有个简单的公式：Pavg=(P1+P0)/2。这种情况下，如果能得到Pavg和P0，根据P1=2Pavg-P0就能得到P1，将P0和P1代入消光比公式，最后得到ER=10*log(2Pavg/P0-1)，这样只需测量Pavg和P0就能得到消光比ER。当然，我们可以任意调节调制信号中0和1的比例，这样最后得到的公式也不尽相同，但都只需要测量Pavg和P0即可。

根据上述原理，由于平均光功率Pavg利用光功率计可以直接测量，这点和现有技术无区别，因此本发明的消光比测量装置的主要作用就是利用TIA的线性放大区来放大进而测量功率很低的P0信号，而同时利用TIA的饱和区和峰值过滤电路过滤掉高功率的P1的信号，最后根据P0和Pavg计算得出ER。

如图1所示，为本发明的具体实施例的电路结构图。本发明的消光比测量装置由光衰减器、标准光源、2*2光分路器、光功率计、APD、TIA、峰值过滤电路、模数转换器和上位机组成。该光衰减器用于在上位机的控制下接收待测光信号并调节该待测光信号的大小后发送到2*2光分路器一端输入端；2*2光分路器另一端接收端接收标准光源发出的标准光信号，2*2光分路器一端输出端连接APD输入端，2*2光分路器另一端输出端连接光功率计输入端；光功率计测量待测光源的平均光功率Pavg，并将Pavg发送到上位机；APD将接收到的待测光信号转化为电信号发送到TIA；TIA将电信号放大，并将表示逻辑1的电信号转换为低电平，表示逻辑0的电信号转换为峰值电平后，将低电平和峰值电平发送到峰值过滤电路；峰值过滤电路过滤掉表示逻辑1的低电平，而将表示逻辑0的峰值电平发送到模数转换器；模数转换器将作为模拟信号的表示逻辑0的峰值电平幅度转换为数字电信号后发送到上位机，上位机计算出P0值后结合Pavg计算出待测光源的消光比ER。

其中，所谓待测光源指的是被测试的光模块，待测光信号即该光模块发出的光信号。

该光衰减器的作用是调节待测光源输入到TIA的光功率，使待测光信号的光功率在适当的范围，保证P0的光信号能够尽可能大的转换为P0的电信号，从而加强抗电路噪声的能力。由于P0的光信号和P1的光信号都是同倍的增长，因此对计算ER并无影响。

该标准光源的消光比和光功率指标都是经过校准测量的标准值，平时测量的时候上位机控制标准光源不工作；而在校准该测量设备时，关闭待测光源，上位机控制标准光源开始工作，标准光信号通过光分路器发送到光功率计，来测量标准光信号的平均光功率，最后发送到上位机计算出消光比并校正测量值与标准值间的误差，最后用这个误差系数来调整后续的ER测量值；利用标准光源能够更有效的进行测量设备的校准，从而防止如高温低温等环境影响带来的误差。

该TIA的增益跨阻Rf的阻值为5K到50K欧姆。TIA的增益要足够大才能保证功率比较低的表示逻辑0的电信号工作在TIA的线性放大区，而表示逻辑1的电信号工作在TIA的饱和区，在满足这两个条件的前提下Rf选择尽量大的值可以增大P0转换为电信号的增益，加强抗电路噪声的能力；同时TIA的增益又不能太大，大到连表示逻辑0的电信号也工作在TIA的饱和区，故TIA的增益跨阻Rf的阻值应该有个合适的上限。统计下来，5K到50K是个合适的范围，能很好的适应绝大部分的光模块。同时，TIA在输出的时候，有反相的作用，能够将工作在饱和区的表示逻辑1的电压信号转换为低电平，而将工作在线性放大区的表示逻辑0的电压信号转换为峰值电平。

所述峰值过滤电路包括二极管D，电容C，电阻Rc；二极管D正极接TIA输出端，二极管D负极接模数转换器输入端；电容C一端接模数转换器输入端，电容C另一端接地；电阻Rc一端接模数转换器输入端，电阻Rc另一端接地。由于二极管D正端电压必须高于负端电压，二极管D才能导通，利用TIA的反相作用结合二极管负端的电容C和电阻Rc，本峰值过滤电路能够将TIA输出的表示逻辑1的低电平给过滤掉，而导通表示逻辑0的峰值电平。峰值过滤电路可以使用峰值过滤芯片或者别的常见的峰值过滤电路，本发明优选的的峰值过滤电路都是简单的器件，成本很低，能够低成本的实现过滤掉峰值的作用。

由于表示逻辑0的峰值电平实际上是一个模拟电压，上位机无法直接得到该逻辑0电信号的电压大小，故使用模数转换器将该峰值电平的幅度转换为数字电信号后发送到上位机，上位机才能够得出该逻辑0电信号的电压大小，从而计算出P0的大小，再利用光功率计测量到的Pavg值，最后计算出消光比ER值。模数转换器和上位机选用市面上常见的带模数转换器的芯片，比如美国ADI公司的ADuC7020即可。 

Claims (4)

1.一种消光比测量装置，包括光功率计、上位机，其特征在于：

还包括雪崩光电二极管APD、跨阻放大器TIA、峰值过滤电路和模数转换器；

所述光功率计测量待测光源的平均光功率Pavg，并将Pavg发送到上位机；

所述APD将接收到的待测光信号转化为电信号发送到TIA；TIA将电信号放大，并将表示逻辑1的电信号转换为低电平，表示逻辑0的电信号转换为峰值电平后，将低电平和峰值电平发送到峰值过滤电路；峰值过滤电路过滤掉表示逻辑1的低电平，而将表示逻辑0的峰值电平发送到模数转换器；模数转换器将作为模拟信号的表示逻辑0的峰值电平幅度转换为数字电信号后发送到上位机，上位机计算出光模块发端发逻辑0时的光功率P0的值后结合Pavg计算出待测光源的消光比ER。

2.根据权利要求1所述消光比测量装置，其特征在于：

所述TIA的增益跨阻Rf的阻值为5K到50K欧姆。

3.根据权利要求1所述消光比测量装置，其特征在于：

所述峰值过滤电路包括二极管D，电容C，电阻Rc；二极管D正极接TIA输出端，二极管D负极接模数转换器输入端；电容C一端接模数转换器输入端，电容C另一端接地；电阻Rc一端接模数转换器输入端，电阻Rc另一端接地。

4.根据权利要求1所述消光比测量装置，其特征在于：

还包括光分路器和标准光源；

所述光分路器一端接收端接收待测光源发出的待测光信号，光分路器另一端接收端接收标准光源发出的标准光信号，光分路器一端输出端连接APD输入端，光分路器另一端输出端连接光功率计输入端。