CN107884158B - 一种消光比测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一方面提供了一种消光比测试装置以解决现有技术中消光比测试装置测试进度高的装置价格昂贵，价格便宜的测试装置测试精度不足的问题，装置包括：衰减器，光电二极管，无自动增益控制电路的跨阻放大器，均方根功率检波器、运算放大器、模拟数字转换芯片和中央处理器，其中，该衰减器的输出端与该光电二级管的输入端连接，该光电二极管的输出端与该跨阻放大器的输入端连接，该跨阻放大器的输出端与该均方根检波器的输入端连接，该均方根检波器的输出端与该运算放大器的输入端连接，该运算放大器的输出端与该模拟数字转换芯片的输入端连接，该模拟数字转换芯片与该中央处理器相连。

Description

一种消光比测试装置
技术领域
本发明涉及通信和计算机领域，特别涉及一种消光比测试装置及方法。
背景技术
目前利用光纤在通讯设备中做传输介质有很明显的技术优势特征。相比传统的同轴双绞线劣势，光纤的传输容量大，传输距离远，传输损耗低，抗辐射抗干扰能力强，且更加容易进行高度集成化和智能化的组网设备。作为光网络里各结点的重要器件光收发器，其性能指标的优劣直接影响了整个光网络的工作性能状态与稳定。而光收发器的消光比作为衡量光收发器的一个重要的指标。现在厂家普遍的测试方法为：一是利用国际厂商提供的光示波器(例如安捷伦公司的86100、泰克公司的DS8300等)测试消光比数据，但此种测试方法测试成本高，不利于生产大范围使用；另一方面示波器的体积较大，在生产搭建和配置环境时便利性大为降低。二是利用雪崩二极管和带有自动增益控制(AGC)的跨阻放大器(TIA)搭配电压检测器完成消光比检测与测试。此种方式虽能够低成本的完成消光比测试，但是无法保证消光比的准确性，同时对大消光比和小消光比的测试精度无法保证。现有技术中消光比测试装置测试进度高的装置价格昂贵，价格便宜的测试装置测试精度不足的问题，目前没有解决方案。
发明内容
本发明提供了一种消光比测试装置及方法，以至少解决现有技术中消光比测试装置测试进度高的装置价格昂贵，价格便宜的测试装置测试精度不足的问题。
本发明一方面提供了一种消光比测试装置，包括：衰减器，光电二极管，无自动增益控制电路的跨阻放大器，均方根检波器、运算放大器、模拟数字转换芯片和中央处理器，其中，该衰减器的输出端与该光电二极管的输入端连接，该光电二极管的输出端与该跨阻放大器的输入端连接，该跨阻放大器的输出端与该均方根检波器的输入端连接，该均方根检波器的输出端与该运算放大器的输入端连接，该运算放大器的输出端与该模拟数字转换芯片的输入端连接，该模拟数字转换芯片与该中央处理器相连；该衰减器，用于将接收的光信号衰减得到衰减后的光信号，并将该衰减后的光信号传递给该光电二极管；该光电二极管，用于将该衰减后的光信号转化为电流信号，并将该电流信号输出给该跨阻放大器；该跨阻放大器，用于将该电流信号转化为差分信号并将该差分信号输出给该均方根检波器；该均方根检波器，用于将该差分信号转换为直流电压信号，并将该直流电压信号输出给该运算放大器；该运算放大器，用于放大该直流电压信号，并将放大后的该直流电压信号输出给该模拟数字转换芯片；该模拟数字转换芯片，用于将放大后的该直流电压信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给该中央处理器；该中央处理器，用于根据该数字信号得到该测光收发器的消光比。
进一步地，本发明实施例的中央处理器与模拟数字转换芯片通过串行外设接口SPI连接。
进一步地，该装置还包括误码发生器，该误码发生器用于与该待测光收发器的输入端连接，向该待测光收发器发送伪随机信号，该伪随机信号用于该待测光收发器转换为该光信号。
本发明另一方面提供了一种消光比测试方法，包括：待测光收发器接收误码发生器产生的伪随机信号，并将该伪随机信号转换为光信号输出给衰减器，该衰减器将接收的该光信号衰减得到衰减后的光信号，并将该衰减后的光信号传递给光电二极管；该光电二极管将该衰减后的光信号转化为电流信号，并将该电流信号输出给无自动增益控制电路的跨阻放大器；该跨阻放大器将该电流信号转化为差分信号并将该差分信号输出给均方根检波器；该均方根检波器将该差分信号转换为直流电压信号，并将该直流电压信号输出给运算放大器；该运算放大器放大该直流电压信号，并将放大后的该直流电压信号输出给模拟数字转换芯片；该模拟数字转换芯片将放大后的该直流电压信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给中央处理器；该中央处理器根据该数字信号得到该待测光收发器的消光比。
进一步地，中央处理器根据该数字信号得到该待测光收发器的消光比包括，该中央处理器利用该数字信号对照预先设置的数字信号与消光比对应关系查找得到该待测光收发器的消光比。
进一步地，本发明实施例通过以下方式设置该数字信号与消光比的对应关系：将校准光源设备作为待测光收发器接入该衰减器；该校准光源设备将不同的消光比的光信号输入到该衰减器的输入端；该中央处理器分别记录该不同的消光比的光信号在模拟数字转换芯片输出端输出的数字信号，得到该数字信号用与不同的消光比的对应关系。
本发明提供了一种用于光收发器的消光比测试装置和方法。采用光电二极管(PIN)和无AGC电路的TIA作为主要部件设计了一种低设备成本，高测试精度，广消光比测量范围的测试装置，适应大批量生产的需求，解决现有技术中消光比测试装置测试进度高的装置价格昂贵，价格便宜的测试装置测试精度不足的问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种消光比测试装置结构框图；
图2是本发明实施例的消光比测试装置中光电信号转换图；
图3是本发明实施例的生成数字信号与消光比线性对应关系的拟合框图；
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语″第一〞、″第二″等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明实施例提供了一种消光比测试装置，图1是根据本发明实施例的一种消光比测试装置结构框图，如图1所示，该装置包括：
衰减器，光电二极管，无自动增益控制电路的跨阻放大器，均方根检波器、运算放大器、模拟数字转换芯片和中央处理器，其中，该衰减器的输出端与该光电二极管的输入端连接，该光电二极管的输出端与该跨阻放大器的输入端连接，该跨阻放大器的输出端与该均方根检波器的输入端连接，该均方根检波器的输出端与该运算放大器的输入端连接，该运算放大器的输出端与该模拟数字转换芯片的输入端连接，该模拟数字转换芯片与该中央处理器相连；该衰减器，用于将接收的光信号衰减得到衰减后的光信号，并将该衰减后的光信号传递给该光电二极管；该光电二极管，用于将该衰减后的光信号转化为电流信号，并将该电流信号输出给该跨阻放大器；该跨阻放大器，用于将该电流信号转化为差分信号并将该差分信号输出给该均方根检波器；该均方根检波器，用于将该差分信号转换为直流电压信号，并将该直流电压信号输出给该运算放大器；该运算放大器，用于放大该直流电压信号，并将放大后的该直流电压信号输出给该模拟数字转换芯片；该模拟数字转换芯片，用于将放大后的该直流电压信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给该中央处理器；该中央处理器，用于根据该数字信号得到待测光收发器的消光比。
不带AGC的线性TIA，放大的幅度跟输入光信号是正比的关系，具有响应速度快，噪声低的优点。
ER消光比的计算公式是10＊log(P1/P0)，其中P1是信号1电平的能量，P0是信号0电平的能量，ER消光比是表示P1跟P0能量比值。通过光电转换之后，消光比的公式可以改为10＊log(I1/I0)，
其中I1是信号1光电转换之后的响应电流，I0是信号0光电转换之后的响应电流。加上噪声则是10＊log(I1+Inoise/I0+Inoise)
为了保证足够的测试范围，理论保证20dB，那么P1跟PO的比值100倍。基本上数量级的差异了。一般普通的带AGC功能的TIA保证在36uA的平均输入电流进入AGC工作区，也就是在有一定余量的情况下，保证输入平均电流在30uA左右，按照理论推算使用APD(按照整体响应度为10)的情况下，输入光在-25dBm左右，P1的响应电流可以到60uA，P0的响应电流则只有0.6uA。同样APD的暗电流会到1uA，暗电流已经超过了信号。如果提高输入功率，进入AGC区域，TIA的放大增益不可控，对于后级ER测试有影响。针对APD的暗电流问题，选择PlN做为光电转换的器件，其全温工作范围的暗电流只有20～30nA，远低于P0信号.所以选择PlN解决电转换器件噪声引入，干扰测试数据。如果选择增益低，噪声低的线性TIA，这样可以在提高输入光强度，提高光电转换的信噪比，而TIA的噪声低也会对信号的P0干扰小，提高测试范围以及精度。
进一步地，所述中央处理器与所述模拟数字转换芯片通过串行外设接口连接。
进一步地，该装置还包括误码发生器，该误码发生器用于与该待测光收发器的输入端连接，向该待测光收发器发送伪随机信号，该伪随机信号用于该待测光收发器转换为该光信号。
本发明实施例还提供了一种消光比测试方法，包括：待测光收发器接收误码发生器产生的伪随机信号，并将该伪随机信号转换为光信号输出给衰减器，该衰减器将接收的该光信号衰减得到衰减后的光信号，并将该衰减后的光信号传递给光电二极管；该光电二极管将该衰减后的光信号转化为电流信号，并将该电流信号输出给该无自动增益控制电路的跨阻放大器；该跨阻放大器将该电流信号转化为差分信号并将该差分信号输出给均方根检波器；该均方根检波器将该差分信号转换为直流电压信号，并将该直流电压信号输出给运算放大器；该运算放大器倍数放大该直流电压信号，并将放大后的该直流电压信号输出给模拟数字转换芯片；该模拟数字转换芯片将放大后的该直流电压信号转换为数字信号，并将该数字信号发送给中央处理器；该中央处理器利用该数字信号对照预先设置的数字信号与消光比对应关系查找得到该待测光收发器的消光比。
误码发生器产生1.25G或2.5G的伪随机码型即″1〞、″0〞随机出现的信号，作为待测光收发器的输入信号；待测光收发器依据自身激光器特性，将对应的″1〞″0〞电平信号转化为对应光信号逻辑″1〞和逻辑″0〞信号在光纤中传输，而消光比则等于逻辑″1〞与逻辑″0〞的比值取对数。图2是本发明实施例的消光比测试装置中光电信号转换图，图2描述了光信号先经过PIN器件转换为直流电流信号，再经过无AGC电路的TIA转换为电压信号的过程，如图2所示PIN的增益M＝1，所以将得到的光信号线性的转换为电流信号，而此处选用无AGC电路的TIA，其跨阻值保持固定不变，不会随着输入电流的变化改变阻值导致增益变化，从而则保证了电流转换为电压的线性度，确保了消光比在不同大小时，均能按照线性关系准确测量其值。此种方式相比其他方式则有效的改善并提高了消光比的测试范围和精度。
图3是本发明实施例的生成数字信号与消光比线性对应关系的拟合框图，如图3所示在测试待测光收发器之前，需要先将校准光源设备作为待测光收发器接入该衰减器；该校准光源设备将不同的消光比的光信号输入到该衰减器的输入端；该中央处理器分别记录该不同的消光比的光信号在模拟数字转换芯片输出端输出的数字信号，再比对两者进行数据拟合，完成后生成查找表录入进CPU。得到该数字信号用与不同的消光比的对应关系。
本发明实施例具体操作步骤顺序为：
S401：打开测试设备，预热10分钟左右，保证系统稳定；
S402：将预先设定的查找比录入CPU内部；
S403：接入待测光收发器并通过光衰减器调节并锁定光功率值；
S404：通过光纤接入测试设备；
S405：通过电脑读取实际消光比测试值大小。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种消光比测试装置，其特征在于，包括：衰减器，光电二极管，无自动增益控制电路的跨阻放大器，均方根检波器、运算放大器、模拟数字转换芯片和中央处理器，其中，所述衰减器的输出端与所述光电二极管的输入端连接，所述光电二极管的输出端与所述跨阻放大器的输入端连接，所述跨阻放大器的输出端与所述均方根检波器的输入端连接，所述均方根检波器的输出端与所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述模拟数字转换芯片的输入端连接，所述模拟数字转换芯片与所述中央处理器相连；
所述衰减器，用于将接收的光信号衰减得到衰减后的光信号，并将所述衰减后的光信号传递给所述光电二极管；
所述光电二极管，用于将所述衰减后的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号输出给所述跨阻放大器；
所述跨阻放大器，用于将所述电流信号转化为差分信号并将所述差分信号输出给所述均方根检波器；
所述均方根检波器，用于将所述差分信号转换为直流电压信号，并将所述直流电压信号输出给所述运算放大器；
所述运算放大器，用于放大所述直流电压信号，并将放大后的所述直流电压信号输出给所述模拟数字转换芯片；
所述模拟数字转换芯片，用于将放大后的所述直流电压信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给所述中央处理器；
所述中央处理器，用于利用所述数字信号对照预先设置的数字信号与消光比对应关系查找得到待测光收发器的消光比。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央处理器与所述模拟数字转换芯片通过串行外设接口SPI连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括误码发生器，其中，所述误码发生器，用于与所述待测光收发器的输入端连接，向所述待测光收发器发送伪随机信号，所述伪随机信号用于所述待测光收发器转换为所述光信号。
4.一种消光比测试方法，其特征在于，包括：
待测光收发器接收误码发生器产生的伪随机信号，并将所述伪随机信号转换为光信号输出给衰减器，
所述衰减器将接收的所述光信号衰减得到衰减后的光信号，并将所述衰减后的光信号传递给光电二极管；
所述光电二极管将所述衰减后的光信号转化为电流信号，并将所述电流信号输出给无自动增益控制电路的跨阻放大器；
所述跨阻放大器将所述电流信号转化为差分信号并将所述差分信号输出给均方根检波器；
所述均方根检波器将所述差分信号转换为直流电压信号，并将所述直流电压信号输出给运算放大器；
所述运算放大器放大所述直流电压信号，并将放大后的所述直流电压信号输出给模拟数字转换芯片；
所述模拟数字转换芯片将放大后的所述直流电压信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给中央处理器；
所述中央处理器利用所述数字信号对照预先设置的数字信号与消光比对应关系查找得到所述待测光收发器的消光比。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过以下方式设置所述数字信号与消光比的对应关系：
将校准光源设备作为待测光收发器接入所述衰减器；
所述校准光源设备将不同的消光比的光信号输入到所述衰减器的输入端；
所述中央处理器分别记录所述不同的消光比的光信号在模拟数字转换芯片输出端输出的数字信号，得到所述数字信号用与不同的消光比的对应关系。
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