CN105703824A - 一种高速光模块的接收测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速光模块的接收测试装置及方法，所述装置包括光收发合一模块、评估板单元、自动增益控制单元、信号检测单元、电域补偿单元、误码仪单元；所述评估板单元为光收发合一模块性能评估单元；所述电域补偿单元用于对所述电信号做电色散补偿处理，并将处理后的电信号输出。本发明增加了不同长度的传输线以及电域补偿单元，高速光模块发出的高速光信号送入长距离光纤进行传输，传输后的光信号送入光收发合一光模块转换为高速电信号，高速电信号经过电连接器、高频传输线传输后会产生损耗，经过电损耗后的高速电信号输入给电域补偿单元进行补偿后，测试最终电信号质量，以评估高速光模块接收端电信号在实际应用链路中的适应性和鲁棒性。

Description

一种高速光模块的接收测试装置及方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种高速光模块的接收测试装置及方法。

背景技术

在过去10年间，用于10Gbps的光收发模块标准经历了从300pin多源协议(MSA)、XENPAK、XPAK、X2到XFP的数代发展，演化出了今天的小型可插拔SFP+模块。这种模块通过取消内置定时器，实现了端口密度的增加。而事实上，定时器与时钟恢复电路(CDR)和电色散补偿器(EDC)只是被一同集成到了主板的ASIC中。而在接收路径上将SFP+模块和线路主板分离的方式会增加物理连接和传输距离，进而极大地损伤信号质量。

在ASIC中集成高速串行I/O可以减少管脚数量，降低器件安装成本。根据具体的线路主板设计方案，采用FR4的印刷电路板连接线长度甚至会超过8英寸，同时还要满足SFF-8431工业标准。

在光纤通信中由于传统的直调调制激光器(DML)本身的啁啾效应(chirp)，导致光信号在光纤传输中色散效应而劣化，在将采用直调调制激光器(DML)发出的光信号通过光纤发送时，依据色散受限理论，在长波长或高速传输模式下，色散会严重降低该直调光信号在光纤传输距离。例如C波段直接调制激光器在10Gbps速率下传输距离小于10km，外调制激光器如EML传输10Gbps信号时一般仅达40km左右。

随着信号速率的提高，信号质量在信号有效传输中所占的位置越来越重要。对于信号传输过程中无法避免的反射以及随着频率增高而增大的介质损耗，传输线损耗带来的信号失真问题，成为高速串行链路以及芯片设计所必须面对的棘手问题。

随着光纤通信技术的快速发展和低成本化的要求，通讯网络从核心网，城域网到接入网，全部使用光纤组成网络已经成为基本共识，因此如何更好地降低运营成本，是运营商的当务之急。在传统光模块测试装置中增加主板上光模块传输链路上的损耗及补偿技术来测试光模块在主板上的应用性能，缩短光模块与系统主板匹配应用的开发研制及验证测试周期，降低成本。

发明内容

本发明提供一种高速光模块的接收测试装置及方法，在传统光模块测试装置中增加主板上光模块传输链路上的损耗设计及补偿技术来测试光模块在主板上的应用性能，缩短光模块与系统主板匹配应用的开发研制及验证测试周期，降低成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种高速光模块的接收测试装置，包括光收发合一模块11、评估板单元12、自动增益控制单元13、信号检测单元14、电域补偿单元15、误码仪单元16；所述光收发合一模块11与评估板单元12连接；评估板单元12与自动增益控制单元13、误码仪单元16连接；自动增益控制单元13与信号检测单元14、电域补偿单元15连接；电域补偿单元15与信号检测单元14、误码仪单元16连接；

所述光收发合一模块，包括：激光器、激光器驱动、光电探测器、跨阻放大器、后置放大器、微控制器；光电探测器、跨阻放大器、后置放大器、微控制器、激光驱动器、激光器依次连接；光收发合一模块用于光电转换，将接收光信号转换成电压信号，和将电信号输入转换成为满足要求的光信号；

所述激光器用于将激光驱动器输出的驱动电信号转换为满足要求的光信号；

所述激光驱动器用于将输入的数据信号转换成射频驱动电流，然后再驱动激光器将其转换为满足要求的光信号；

所述微控制器用于通过控制信号线或IIC总线对激光驱动器，后置放大器与外界电接口相连，以实现对其相应数据的监控、采集和处理；

所述光收发合一模块的接收端光电探测器接收到从长距离光纤传输过来的光信号后将所述光信号转换为电流信号；

所述电流信号通过跨阻放大器转换为模拟电压差分信号；

所述模拟电压差分信号通过后置放大器放大输出差分电信号；

所述差分信号输出给所述自动增益控制单元，自动增益控制单元对差分信号进行自动增益控制后输出给所述电域补偿单元。

所述电域补偿单元包括：依次连接的电色散补偿子模块、时钟数据恢复子模块、预加重子模块；

所述电色散补偿子模块用于对所述电信号做色散补偿；具体包括前向反馈均衡器和/或判决反馈均衡器；

所述时钟数据恢复子模块用于对补偿后的电信号进行相位恢复和数据整形处理；

所述预加重子模块用于在信号输出前增强信号的高频成分，以补偿高频分量在后续传输过程中的过大衰减，并将处理后的电信号输出。

进一步地，所述电信号做色散补偿之前需要经过自动增益控制单元对电信号进行处理；

所述自动增益控制单元用于在所述电色散补偿子模块对所述电信号做色散补偿之前，对所述电信号进行处理使其满足色散补偿的要求后发送给所述电色散补偿子模块。

进一步地，所述此接收测试装置还包括：信号检测单元；

所述信号检测单元用于对所述自动增益控制单元输出的电信号进行检测，并判断所述电域补偿单元接收到的信号是否丢失。

进一步地，所述光收发合一模块接收端光电探测器用于将所述光信号转换为电流信号，经过跨阻放大器转换为电压信号，经过后置放大器放大输出；

所述自动增益控制单元为电压幅度自动增益放大处理；

所述自动增益控制单元对所述电压信号进行电压增益放大处理，使其满足色散补偿所需的电压范围要求。

进一步地，所述光收发合一模块接收端光电探测器用于将所述光信号转换为电流信号，经过跨阻放大器转换为电压信号，经过后置放大器放大输出；所述自动增益控制单元为电压幅度增益模块，所述信号检测单元为信号幅度判决器；

所述电压幅度增益模块用于对所述电压信号进行增益放大处理，使其满足色散补偿所需的电压范围要求；

所述信号幅度判决器用于检测所述线性放大模块输出的电信号的电压值，并将该电压值与预设阈值进行比较，若低于预设阈值，则判定信号丢失。

进一步地，所述光收发合一模块接收端光电探测器用于接收连续模式光信号或者突发模式光信号，并将连续模式光信号或者突发模式光信号转换成电压信号，并经过后置放大器放大输出。

进一步地，所述电色散补偿子模块为前馈式均衡器或判决反馈式均衡器，所述前馈式均衡器或判决反馈式均衡器对所述电信号做自适应色散补偿。

进一步地，所述光收发合一模块接收端光电探测器用于接收突发模式光信号，并将突发模式光信号经过突发模式跨阻放大器转换成电压信号，并经过后置放大器放大输出。

所述电色散补偿子模块为突发前馈式均衡器或突发判决反馈式均衡器，所述时钟数据恢复子模块为快速时钟恢复子模块。

所述突发前馈式均衡器或突发判决反馈式均衡器用于对所述电压信号做自适应色散补偿。

同样为了解决上述的技术问题，本发明还提供了光收发合一模块评估板单元，包括如上所述的不同长度的传输线设计以及连接器，具体包括不同长度发射差分传输线123、不同长度接收差分传输线122、光模块电口连接器121；

所述的不同长度的传输线设计(评估板单元的电路板上设计了不同长度的差分传输线)用于实现光模块连接在主板上时电信号在不同长度的传输路径的上的传输损耗产生的时延与畸变；

所述的连接器用于连接光模块与评估板单元，此连接器也会对电信号产生部分的损耗与反射。

同样地为了解决上述的技术问题，本发明还提供了误码仪测量单元，用于测量各单元输出的电信号；误码仪测试单元包括：误码检测器和码型发生器。

同样为了解决上述的技术问题，本发明还提供了一种高速光模块的接收测试方法，包括以下步骤：

光收发合一模块的接收端接收光信号并将所述光信号转换为电信号，此电信号经过后置放大器放大经过评估板传输线输出；

对所述电信号做色散补偿处理，并将处理后的电信号输出；

对处理后的电信号进行误码测试，根据实际应用需求指标判定经过补偿后的电信号恢复质量，以衡量光模块接收端在主板上使用的电信号性能。

进一步地，所述对所述电信号做色散补偿处理的步骤包括：

对所述电信号做色散补偿；

对补偿后的电信号进行相位恢复和数据整形处理；

对恢复和整形后电信号进行预加重处理，并将处理后的电信号输出。

进一步地，在所述对所述电信号做色散补偿之前还包括：

对所述电信号进行处理使其满足色散补偿的要求。

进一步地所述方法还包括：

对满足色散补偿的要求的电信号进行检测，并判断接收到的信号是否丢失。

进一步地，当将所述光信号转换为电压信号，经过后置放大后，经过评估板单元传输线输出电信号，对所述电信号进行处理使其满足色散补偿的要求的步骤包括：

对所述电压信号的幅度进行自动增益放大，使其满足色散补偿所需的电压范围要求。

所述对满足色散补偿的要求的电信号进行检测，并判断接收到的信号是否丢失的步骤包括：

检测满足色散补偿要求的电压信号的电压值，并将该电压值与预设阈值进行比较，若低于预设阈值，则判定接收到的信号丢失。

进一步地，所述接收光信号并将所述光信号转换为电信号的步骤包括：

接收连续模式光信号或者突发模式光信号，并将连续模式光信号或者突发模式光信号转换成电压信号，经过光收发合一模块的后置放大器放大输出。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种高速光模块的接收测试装置及方法，所述测试装置包括：光收发合一模块、评估板单元、电域补偿单元、自动增益控制单元、信号检测单元、误码仪单元；在传统光模块测试装置中增加主板上光模块传输链路上的损耗设计(在评估板单元的电路板上设计了不同长度的差分传输线来模拟主板上的传输损耗)及电域补偿技术(通过软件算法实现)来测试光模块在主板上的应用性能，缩短光模块与系统主板匹配应用的开发研制及验证测试周期，降低成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种高速光模块接收测试装置的结构示意图。

其中：11—光收发合一模块、12—评估板单元模块、13—自动增益控制单元、14—信号检测单元、15—电域补偿单元，16—误码仪单元；

110—光电探测器、111—跨阻放大器、112—后置放大器、113—激光器、114—激光驱动器、115—微控制器；

121—光模块电口连接器、122—接收差分传输线、123—发射差分传输线；

141—信号幅度判决器；

151—电色散补偿子模块、152—数据恢复子模块、153—预加重子模块；

161—码型发生器，162—误码检测器；

图2为本发明提供的一种高速光模块接收测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明提供了一种高速光模块的接收测试装置，如图1包括光收发合一模块11、评估板单元12、自动增益控制单元13、信号检测单元14、电域补偿单元15、误码仪单元16。光收发合一模块11通过光模块电口连接器121与评估板单元12连接；评估板单元11、自动增益单元13、信号检测单元14、电域补偿单元15、误码仪单元16这些单元之间通过信号线连接。

光收发合一模块11包括：光电探测器110、跨阻放大器111、后置放大器112、激光器113、激光驱动器114、微控制器115。如图1中的箭头标示为其各部分之前的连接关系，这些功能块都按图1的箭头标示封装在光收发合一模块11中。光收发合一模块11用于光电转换，将接收光信号转换成电压信号，和将电信号输入转换成为满足要求的光信号；

光电探测器110用于将接收到的连续光信号或突发光信号转换为电流信号输出；

跨阻放大器111用于将所述电流信号转换为模拟电压信号，当所述光电探测器接收到的光为突发模式光信号时，所述跨阻放大器为突发模式跨阻放大器；

后置放大器112用于将所述模拟电压信号放大输出差分数字电压信号；

激光器113用于将激光驱动器输出的驱动电信号转换为满足要求的光信号；

激光驱动器114用于将码型发生器输入的数据信号转换成射频驱动电流，然后再驱动激光器将其转换为满足要求的光信号；

微控制器115用于通过控制信号线或IIC总线对激光驱动器114，后置放大器112与外界电接口相连，以实现对其相应数据的监控、采集和处理；后置放大器112、激光驱动器114、微控制器115分别与光模块电口连接器121连接；

评估板单元12主要包含：不同长度发射差分传输线123设计(评估板单元的电路板上设计了不同长度的差分传输线)、不同长度接收差分传输线122设计(评估板单元的电路板上设计了不同长度的差分传输线)、光模块电口连接器121；

不同长度发射差分传输线123和不同长度接收差分传输线122的设计用于评估传输损耗产生的时延和畸变；

光模块电口连接器121为光模块提供数据与控制信息接口。

电域补偿单元15用于对光收发合一模块通过评估板传输线输出的电信号进行色散补偿处理；

电域补偿单元15包括：电色散补偿子模块151、数据恢复子模块152、预加重子模块153，这些功能模块之间通过信号线连接并按图1所示的箭头标示方向封装在电域补偿单元15中；

电色散补偿子模块151用于对所述电信号做色散补偿；具体包括前向反馈均衡器和/或判决反馈均衡器，对满足色散补偿所需的电压输入范围要求的电压信号做色散补偿。

数据恢复子模块152用于对补偿后的电信号进行相位恢复和数据整形处理；

预加重子模块153用于在信号输出前增强信号的高频成分，以补偿高频分量在后续传输过程中的过大衰减，并将处理后的电信号输出。

光电探测器110可以是PIN型光电探测二极管，也可以是雪崩光电二极管

(APD)；当接收的光信号为突发模式的光信号时，本装置中的跨阻放大模块111可以为突发模式跨阻放大器，本装置中数据恢复子模块152可以为快速数据恢复子模块以便适应对突发模式光信号处理。

下面进一步介绍光收发合一模块11结构：

光收发合一模块11可以包括：激光器113、激光驱动器114、光电探测器110、跨阻放大器111、后置放大器112、微控制器115；所述激光器113在激光驱动器11的驱动下将需要发送的电数据信号转换成标准的光信号；所述光电探测器110将接收到的光信号转换成光电流信号，跨阻放大器111将光电流信号转化成差分模拟电压信号，后置放大器113将所述差分模拟电压信号放大输出数字差分信号。

自动增益控制单元13对光收发合一模块11通过评估板12的传输线122输出的电压信号进行自动增益控制，使电压信号的幅度满足色散补偿所需的电压范围要求。

图1中电色散补偿子模块151可以包括：前馈式均衡器(或者反馈式均衡器),前馈式均衡器(或判决反馈式均衡器)将对自动增益单元13输出的电信号做自适应色散补偿，时钟数据恢复子模块152则对补偿信号进行相位恢复及数据整形，并通过预加重子模块153对信号进行预加重后输出到误码仪单元16。

图1中还包括信号检测单元14包括信号幅度判决器141；信号幅度判决器141用于对自动增益控制单元13输出的电压信号进行判决，信号幅度判决器141可预设判决电平，对接收信号强度做判决，高于判决电平，表示接收信号正常，RXLOS输出为低电平，或RX_SD输出为高电平，信号幅度低于判决电平，表示接收信号已丢失，RX_LOS输出为高电平，或RXSD输出为低电平。信号检测单元14将这些信息上报给用户。

本发明还介绍了一种高速光模块接收测试方法，包括以下步骤：

步骤1001：光收发合一模块接收端接收发射端发出的满足要求的光信号并将所述光信号转换为电信号输出；

步骤1002：所述电信号经过评估板单元的电连接器及传输线的损耗产生时延和畸变信号输出。

步骤1003：所述具有时延与畸变的电信号经过自动增益控制单元对电压幅度自动增益控制，时电压信号幅度满足色散补偿的电压信号范围，并将此电压信号输出。

步骤1004：电色散补偿子模块对满足色散补偿要求的电信号做色散补偿，将补偿后的信号输出。

步骤1005：对补偿后的电信号进行相位恢复和数据整形以及预加重处理，并将处理后的电信号输出

步骤1006：对电域补偿单元处理后的电信号进行误码测试，根据实际应用需求指标判定经过补偿后的电信号恢复质量，以衡量光模块接收端在主板上使用的电信号性能。

步骤1007：检测满足色散补偿要求的电信号的电压值，并将该电压值与预设阈值进行比较，若低于预设阈值，则判定信号丢失，若高于预设阈值，则判断信号正常。

上述步骤中对所述电信号做色散补偿处理包括：

对所述电信号做色散补偿；

对补偿后的电信号进行相位恢复和数据整形处理，并通过预加重子模块进行预加重处理后将信号输出；

进一步地为了更好地进行色散补偿，本实施例工作方法对所述电信号做色散补偿之前还包括：

对所述电信号进行处理使其满足色散补偿的要求。

为了有利于后续对光接收装置输出的电信号处理，本实施例的工作方法，还可以包括：

对满足色散补偿的要求的电信号进行检测，并判断所述接收到的信号是否丢失。

优先地，当将所述光信号转换为电压信号时，所述对所述电信号进行处理使其满足色散补偿的要求的步骤包括：

对所述电压信号的幅度进行自动增益控制，使其满足色散补偿所需的电压范围要求。

优先地，当对所述电压信号的幅度进行自动增益控制，使其满足色散补偿所需的电压范围要求时本实施例方法中对满足色散补偿的要求的电信号进行检测，并判断接收到的信号是否丢失的步骤包括：

检测满足色散补偿要求的电信号的电压值，并将该电压值与预设阈值进行比较，若低于预设阈值，则判定信号丢失。

进一步地，上述步骤中接收光信号并将所述光信号转换为电信号的过程包括：

接收连续模式光信号或者突发模式光信号，并将连续模式光信号或者突发模式光信号转换成电压信号。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速光模块的接收测试装置，其特征在于：包括光收发合一模块(11)、评估板单元(12)、自动增益控制单元(13)、信号检测单元(14)、电域补偿单元(15)、误码仪单元(16)；所述光收发合一模块(11)与评估板单元(12)连接；评估板单元(12)与自动增益控制单元(13)、误码仪单元(16)连接；自动增益控制单元(13)与信号检测单元(14)、电域补偿单元(15)连接；电域补偿单元(15)与信号检测单元(14)、误码仪单元(16)连接；

所述光收发合一模块(11)包括依次连接的光电探测器、跨阻放大器、后置放大器、微控制器、激光驱动器、激光器；光收发合一模块(11)用于光电转换，将接收光信号转换成电压信号，和将电信号输入转换成为满足要求的光信号；

所述激光器用于将激光驱动器输出的驱动电信号转换为满足要求的光信号；

所述激光驱动器用于将输入的数据信号转换成射频驱动电流，然后再驱动激光器将其转换为满足要求的光信号；

所述微控制器用于通过控制信号线或IIC总线对激光驱动器、后置放大器与外界电接口相连，以实现对其相应数据的监控、采集和处理；

所述光电探测器接收到从长距离光纤传输过来的光信号后将所述光信号转换为电流信号；

所述电流信号通过跨阻放大器转换为模拟电压差分信号；

所述模拟电压差分信号通过后置放大器放大输出差分电信号；

所述差分信号输出给所述自动增益控制单元，自动增益控制单元对差分信号进行自动增益控制后输出给所述电域补偿单元；

所述电域补偿单元包括：电色散补偿子模块、时钟数据恢复子模块、预加重子模块；

所述电色散补偿子模块用于对所述电信号做色散补偿；具体包括前向反馈均衡器和/或判决反馈均衡器；

所述时钟数据恢复子模块用于对补偿后的电信号进行相位恢复和数据整形处理；

所述预加重子模块用于在信号输出前增强信号的高频成分，以补偿高频分量在后续传输过程中的过大衰减，并将处理后的电信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种高速光模块的接收测试装置，其特征在于：

所述电信号做色散补偿之前需要经过自动增益控制单元对该电信号进行处理；

所述自动增益控制单元用于在所述电色散补偿子模块对所述电信号做色散补偿之前，对所述电信号进行处理使其满足色散补偿的要求后发送给所述电色散补偿子模块；

所述信号检测单元用于对所述自动增益控制单元输出的电信号进行检测，并判断所述电域补偿单元接收到的信号是否丢失。

3.根据权利要求2所述的一种高速光模块的接收测试装置，其特征在于：

所述光收发合一模块的光电探测器用于将所述光信号转换为电流信号，经过跨阻放大器转换为电压信号，经过后置放大器放大输出；

所述自动增益控制单元对所述电压信号进行电压增益放大处理，使其满足色散补偿所需的电压范围要求；

所述自动增益控制单元包括电压幅度增益模块，所述信号检测单元包括信号幅度判决器；

所述电压幅度增益模块用于对所述电压信号进行增益放大处理，使其满足色散补偿所需的电压范围要求；

所述信号幅度判决器用于检测所述线性放大模块输出的电信号的电压值，并将该电压值与预设阈值进行比较，若低于预设阈值，则判定信号丢失。

4.根据权利要求3所述的一种高速光模块的接收测试装置，其特征在于：

所述光收发合一模块接收端光电探测器用于接收连续模式光信号或者突发模式光信号，并将连续模式光信号或者突发模式光信号转换成电压信号，并经过后置放大器放大输出。

5.根据权利要求4所述的一种高速光模块的接收测试装置，其特征在于：

所述电色散补偿子模块为前馈式均衡器或判决反馈式均衡器，所述前馈式均衡器或判决反馈式均衡器对所述电信号做自适应色散补偿。

6.根据权利要求5所述的一种高速光模块的接收测试装置，其特征在于：

所述光收发合一模块接收端光电探测器用于接收突发模式光信号，并将突发模式光信号经过突发模式跨阻放大器转换成电压信号，并经过后置放大器放大输出；

所述电色散补偿子模块为突发前馈式均衡器或突发判决反馈式均衡器，所述时钟数据恢复子模块为快速时钟恢复子模块；

所述突发前馈式均衡器或突发判决反馈式均衡器用于对所述电压信号做自适应色散补偿。

7.根据权利要求6所述的一种高速光模块的接收测试装置，其特征在于：

所述评估板单元包括不同长度发射差分传输线(123)、不同长度接收差分传输线(122)、光模块电口连接器(121)；

所述的不同长度的传输线用于实现光模块连接在主板上时电信号在不同长度的传输路径的上的传输损耗产生的时延与畸变；

所述的光模块电口连接器用于连接光模块与评估板单元，此连接器也会对电信号产生部分的损耗与反射；

所述误码仪测试单元包括误码检测器和码型发生器。

8.一种高速光模块的接收测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、光收发合一模块接收端接收光信号并将所述光信号转换为电信号，此电信号经过后置放大器放大经过评估板单元的传输线输出；

步骤2、对所述电信号进行处理使其满足色散补偿的要求；

对所述电压信号的幅度进行自动增益放大，使其满足色散补偿所需的电压范围要求；

步骤3、对所述电信号做色散补偿处理，并将处理后的电信号输出；

步骤4、对处理后的电信号进行误码测试，根据实际应用需求指标判定经过补偿后的电信号恢复质量，以衡量光模块接收端在主板上使用的电信号性能。

9.根据权利要求8所述的一种高速光模块的接收测试方法，其特征在于，所述步骤3，对所述电信号做色散补偿处理的步骤包括以下过程：

对所述电信号做色散补偿；

对补偿后的电信号进行相位恢复和数据整形处理；

对恢复和整形后电信号进行预加重处理，并将处理后的电信号输出。

10.根据权利要求8所述的一种高速光模块的接收测试方法，其特征在于，还包括有：

对满足色散补偿的要求的电信号进行检测，并判断接收到的信号是否丢失；

具体过程为：检测满足色散补偿要求的电压信号的电压值，并将该电压值与预设阈值进行比较，若低于预设阈值，则判定接收到的信号丢失。