CN108418628A - 用于光学测试的可编程光子电子集成电路 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于光学测试的可编程集成电路管芯。该集成电路管芯包括光子元件和电子元件两者。特别地，该集成电路管芯可以包括存储器块、可编程逻辑块（例如，现场可编程门阵列）、电学收发器块、光学收发器块和光学测试接口单元。可编程逻辑块可以被编程为具有嵌入式微控制器的逻辑功能和各种编码器/解码器的逻辑功能。逻辑功能可以是软的、硬的或混合的。存储器可以用来存储测试模式、查找表、所测量的波形、错误时间轮廓和统计信息。电学收发器和光学收发器可以实现PAMn、NRZ或QAMn调制并且可以具有可编程参数，包括：电压电平；光学功率；转换速率；量值/相位；时钟生成和恢复；均衡化；采样水平；和采样时间。也公开了其他实施例和特征。

Description

用于光学测试的可编程光子电子集成电路

技术领域

本发明涉及光通信和光学测试。

背景技术

光通信系统可以具有需要并行测试覆盖范围和吞吐量的几十个或几百个光信道。如此，光学测试和验证要求正变得越来越有挑战，并且常规的光学测试器在满足这些光学测试要求方面具有增长的困难。因此，满足这些要求已经变成一个要被解决的迫切问题。

附图说明

图1描绘了根据本发明的实施例的用于光学测试的可编程光子电子集成电路100。

图2是根据本发明的实施例的现场可编程光学测试的示例性方法的流程图。

具体实施方式

当前公开的解决方案提供了一种用于光学测试的可编程集成电路管芯，其包括光子元件和电子元件两者。由于这种解决方案的可编程性、可重配置性，它是非常灵活的。

当前公开的解决方案具有各种功能。这些功能包括：具有NRZ、PAMn和QAMn调制能力的光学功率生成、以及定时抖动和/或相位抖动和/或幅度噪声注入；多个误码率测试功能，包括光学比特误码率测试（oBERT）、光学符号误码率测试（oSERT）以及光学帧误码率测试（oFERT）；光学波形测量；光学眼图和星座图测量；光学功率测量；消光比测量；以及光学调制幅度（OMA）测试/测量。

该解决方案有利地可扩缩到至少几百个信道和至少每秒几兆兆位到几十兆兆位的数据速率。该解决方案的若干另外的益处和优点和是：宽测试覆盖范围；针对减少的上市时间的快速测试；由于其在单个芯片上的光学测试器的实现方式而导致的小占位面积和高密度；可扩展性；可扩缩性；可靠性；以及在降低的成本和低功耗下的高性能。

图1描绘了根据本发明的实施例的用于光学测试的可编程光子电子集成电路管芯100。光学测试器100包括光学测试接口单元（OTIU）、光子电路块110、收发器块120、逻辑块130和存储器块140。在本发明的一个实施例中，光学测试器100可以在单片式集成光子电子集成芯片中实现，该单片式集成光子电子集成芯片包括电子可编程逻辑。

OTIU为受测试光学设备（ODUT）提供接口。多个传出数据信道（传出数据信道1到m）从OTIU发送到ODUT，并且由OTIU从ODUT接收多个传入数据信道（传入数据信道1到m）。根据本发明的实施例，可以以几十到几百（或更多）来对传出数据信道和传入数据信道进行编号，并且这些多个数据信道可以被并行测试。

光子电路块110包括调制器（Mod）电路和光学发送器（oTX）电路。调制器电路从收发器块120接收多个传出数据信道，并且可以使用经由通信总线105所接收的调制信号来调制这些多个传出数据信道。光学发送器电路从调制器电路接收作为电子信号的传出数据信道，并且向OTIU输出作为光学信号的传出数据信道。

光子电路块110进一步包括光学接收器（oRX）电路和解调器（Demod）电路。光学接收器电路从OTIU接收作为光学信号的传入数据信道，并且向解调器电路输出作为电子信号的传入数据信道。解调器电路从光学接收器电路接收多个传入数据信道，并且可以使用经由通信总线105接收的解调信号来对这些多个传入数据信道进行解调。

收发器块120可以包括串行化器（SER）电路、n级脉冲幅度调制编码器（PAMn或QAMn编码）电路、第一发送器（TX1）电路、第一接收器（RX1）电路、以及抖动/噪声注入器（Jitt/Noise Inj）电路。TX1电路和RX1电路一起形成第一收发器电路。

注意的是，代替应用如在图1中描绘的PAMn或QAMn编码/解码，可以应用不归零（NRZ）调制编码/解码。可以可编程地配置所使用的调制的形式。

串行化器（SER）电路从逻辑块130接收传出数据信道，以数据字的宽度采用并行形式接收每个信道。串行化器电路将传出数据信道中的每个进行串行化，并且将经串行化的传出数据信道输出到PAMn或QAMn编码电路，该PAMn或QAMn编码电路将n级PAM或n星座QAM编码传出数据信道输出到TX1电路。TX1电路将多个传出数据信道发送到RX1电路，该RX1电路将多个传出数据信道输出到光子电路块110中的调制器电路。抖动/噪声注入器电路可以被用来生成抖动或其他噪声信号，并且将该抖动/噪声信号选择性地注入到处于发送器电路处的传出数据信道中的一个或多个（或所有）。

收发器块120可以进一步包括第二发送器（TX2）电路、第二接收器（RX2）电路、n级脉冲幅度调制解码器（PAMn解码）或n星座正交幅度调制解码器（QAMn解码）电路、以及解串行化器（Deser）电路。TX2电路和RX2电路一起形成第二收发器电路。

TX2电路从光子电路块110中的解调器电路接收多个传入数据信道。TX2电路向RX2电路发送多个传入数据信道，该RX2电路将多个传入数据信道输出到PAMn或QAMn解码电路。PAMn或QAMn解码电路将n级PAM或n星座QAM编码传入数据信道进行解码，并且将它们作为串行流输出到解串行化器电路。解串行化器电路接收以串行形式的传入数据信道，并且将它们以数据字的宽度采用并行形式输出到逻辑块130。

收发器块120可以进一步包括第一比特误码率测试器（BERT1）电路、第一符号误码率测试器（SERT1）电路和示波电路（scope circuit）。这些电路可以被用来实行如下文所描述的各种测试和分析功能。

BERT1电路可以接收被串行化器电路串行化之前的传出数据流和由解串行化器电路所输出的传入数据流，其中传出和传入串行输入流涉及同一数据流，诸如从OTIU发送到ODUT并且由OTIU从ODUT接收回的测试模式的数据流。可以由BERT1电路比较这两个串行输入流来获得比特误码率。

SERT1电路可以接收来自TX1电路的传出PAMn或QAMn符号输入流和来自RX1电路的传入PAMn或QAMn符号输入流，其中传出和传入PAMn或QAMn符号输入流涉及同一数据流，诸如从OTIU发送到ODUT并且由OTIU从ODUT接收回的测试模式的数据流。可以由SERT1电路比较这两个符号输入来获得符号误码率。

示波电路可以接收来自RX1电路的传入PAMn或QAMn信号。示波电路可以对PAMn或QAMn信号进行采样来生成用于眼开图（eye opening diagram）或星座图的数据。这种数据可以被存储在存储器中，并且然后输出以供生成眼开图或星座图使用，该眼开图或星座图例如可以被显示在显示器上。

逻辑块130可以包括数据开始块、物理编码子层编码器（PCS编码）电路、转码（Transcode）电路以及前向纠错编码器（FEC编码）电路。数据开始块将传出数据信道提供给PCS编码电路。PCS编码电路实行可以包括加扰、对齐标记插入等等的编码功能。转码电路可以被用来将传出数据信道转换成适合于输入到FEC编码电路中的编码。最后，FEC编码电路向传出数据信道应用前向纠错编码，并且向收发器块120输出FEC编码信道。

逻辑块130可以进一步包括数据结束块、物理编码子层解码器（PCS解码）电路、转解码（Transdecode）电路以及前向纠错解码器（FEC解码）电路。FEC解码电路向经解串行化的传入数据信道应用前向纠错解码，并且向转解码器输出FEC解码的信道。转解码电路可以被用来将FEC解码的传入数据信道转换成适合于输入到PCS解码电路中的形式。PCS解码电路实行可以包括解扰、对齐标记移除等等的解码功能。最后，PCS解码电路将传入数据信道提供给数据结束块。

逻辑块130可以进一步包括第二比特误码率测试器（BERT2）电路、帧误码率测试器（FERT）、第二符号误码率测试器（SERT2）电路以及嵌入式微控制器（CPU/MC）。这些电路可以被用来实行如下文所描述的各种测试功能。

BERT2电路可以接收来自数据开始块的传出数据字流和来自数据结束块的传入数据字流，其中传出和传入数据字涉及同一数据流，诸如从OTIU传送到ODUT并且由OTIU从ODUT接收回的测试模式的数据流。可以由BERT2电路比较这两个数据流来获得比特误码率。

FERT电路可以从FEC编码电路接收传出PCS编码数据流和被FEC解码电路解码之前的传入PCS编码数据流，其中传出和传入PCS编码数据流涉及同一数据流，诸如从OTIU传送到ODUT并且由OTIU从ODUT接收回的测试模式的数据流。可以由FERT电路比较这两个PCS编码数据流来获得帧误码率。

SERT2电路可以接收来自FEC编码电路的传出FEC符号流和被FEC解码电路处理之前的FEC符号流，其中传出和传入FEC符号流涉及同一数据流，诸如从OTIU传送到ODUT并且由OTIU从ODUT接收回的测试模式的数据流。可以由SERT2电路比较这两个数据流来获得符号误码率。

嵌入式微控制器（CPU/MC）可以被用来控制光子电子IC管芯100的部件，以实现期望的光学测试功能。嵌入式微控制器经由总线通信系统105与存储器块140中的存储器，收发块120中的TX1、TX2、RX1和RX2电路以及光子电路块110中的Mod、oTX、Demod和oRX电路以及OTIU通信互连。

存储器块140中的存储器存储数据并且提供对数据的访问。嵌入式微控制器执行指令代码并且可以存储和访问来自存储器的数据。总线系统被用来至少将存储器、处理器、第一系列电路中的第一收发器、第二系列电路中的第二收发器以及光学测试接口单元通信互连。

图2是根据本发明的实施例的现场可编程光学测试的示例性方法200的流程图。可以例如使用图1的光子电子集成电路100来实行该方法200。

按照步骤202，可以针对特定类型的受测试光学设备来以电子方式配置光子电子集成电路中的可编程逻辑。例如，可以将可编程逻辑块中的编码器和解码器电路以及误码率测试器电路定制为实行特定的编码/解码（包括例如PCS、FEC和MAC编码/解码）和特定的误码率测试，并且可以将特定的测试模式和查找表加载到存储器中以供测试中使用。

按照步骤204，光子电子集成电路的光学测试接口单元可以与受测试光学设备光学互连。受测试光学设备可以例如是预组装的光学部件或后组装的光学模块或光学系统。

按照步骤210可以从存储器读取数据的测试模式，以及按照步骤212可以将该测试模式提供给多个传出数据信道。按照步骤214，可以将传出数据信道进行编码和串行化，同时可以由误码率测试器获得处理中的各种点处的传出数据流。

按照步骤216，抖动或其他噪声可以被注入多个传出数据信道中。该注入步骤可以是可选的，因为其必要性可以取决于要在受测试光学设备上实行的光学测试。

按照步骤218可以经由光学发送器和OTIU向ODUT发送多个传出信道。在该示例中，按照步骤220，ODUT返回多个传入信道。

按照步骤222，传入数据信道可以被解码和解串行化，同时可以由误码率检测器和示波电路获得处理中的各种点处的传入数据流。按照步骤224，可以比较所获得的数据并且以其他方式对其进行处理和分析。

按照步骤226，可以存储所测量的结果。这些所测量的结果可以例如包括：所测量的波形、误码率、错误时间轮廓、眼图数据、星座图数据和统计信息。最后，按照步骤228，可以输出所测量的结果。随后，可以查看所测量的结果以及以其他方式由用户对其进行利用。

结论

当前公开的解决方案提供了一种用于光学测试的可编程集成电路管芯。集成电路管芯包括光子元件和电子元件两者。特别地，集成电路管芯可以包括存储器块、可编程逻辑块（例如，现场可编程门阵列）、电学收发器块、光学收发器块以及光学测试接口单元。

可编程逻辑块可以被编程为具有嵌入式微控制器的逻辑功能以及各种编码器/解码器的逻辑功能。逻辑功能可以是软的、硬的或混合的。存储器可以被用来存储测试模式、查找表、所测量的波形、误码率、错误时间轮廓、眼图数据和统计信息。电学收发器和光学收发器可以实现更高阶的调制，诸如PAMn或NRZ或QAMn调制，并且可以具有可编程的参数，包括：电压电平、光学功率、转换速率；量值；相位；时钟生成和恢复；均衡化；采样水平以及采样时间。

一个实施例涉及一种用于光学测试的可编程光子电子集成电路。光学测试接口单元向受测试光学设备发送多个传出数据信道，并且从受测试光学设备接收多个传入数据信道。光学发送器电路调制多个传出数据信道并且向光学测试接口单元发送多个传出数据信道，以及光学接收器电路接收和解调来自光学测试接口单元的多个传出数据信道。第一系列电路将多个传出数据信道进行可编程编码和串行化，以及第二系列电路将多个输入数据信道解串行化和可编程解码。一个或多个可编程误码率测试器电路将来自第一系列电路的传出数据与来自第二系列电路的传入数据进行比较来确定多个误码率。

还公开了其他实施例和特征。

在上文的描述中，给出许多具体细节来提供对本发明的实施例的透彻理解。然而，本发明所图示的实施例的上述描述不意图是穷尽的或者将本发明限制到所公开的精确形式。相关领域技术人员将认识到，可以在不具有一个或多个具体细节的情况下或者在利用其他方法、部件等等的情况下来实践本发明。

在其他实例中，未详细示出或描述公知的结构或操作以免使本发明的各方面晦涩难懂。尽管出于说明的目的在本文中描述了本发明的特定实施例和针对本发明的示例，但在本发明的范围内各种等同修改是可能的，如相关领域技术人员将认识到的。可以根据上文的详细描述来对本发明做出这些修改。

Claims (25)

1.一种用于光学测试的可编程光子电子集成电路，所述可编程光子电子集成电路包括：

光学测试接口单元，其向受测试光学设备发送多个传出数据信道，并且从所述受测试光学设备接收多个传入数据信道；

光学发送器电路，其调制所述多个传出数据信道，并且将所述多个传出数据信道发送到所述光学测试接口单元；

光学接收器电路，其接收和解调来自所述光学测试接口单元的所述多个传出数据信道；

第一系列电路，其将所述多个传出数据信道进行可编程编码和串行化；

第二系列电路，其将所述多个输入数据信道进行解串行化和可编程解码；以及

一个或多个可编程误码率测试器电路，其将来自所述第一系列电路的传出数据与来自所述第二系列电路的传入数据进行比较来确定多个误码率。

2.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，其中所述一个或多个可编程误码率测试器电路包括符号误码率测试器电路，并且其中所述符号误码率测试器电路接收来自所述第一系列电路中的发送器电路的第一符号流和来自所述第二系列电路中的接收器电路的第二符号流。

3.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，其中所述一个或多个可编程误码率测试器电路包括比特误码率测试器电路，并且其中所述比特误码率测试器电路接收来自所述第一系列电路中的串行化器电路的输入之前的第一数据流，以及来自所述第二系列电路中的解串行化器电路的输出的第二数据流。

4.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，其中所述一个或多个可编程误码率测试器电路包括符号误码率测试器，并且其中所述符号误码率测试器电路接收来自所述第一系列电路中的前向纠错编码电路的输出的第一符号流，以及来自所述第二系列电路中的前向纠错解码电路的输入的第二符号流。

5.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，其中所述一个或多个可编程误码率测试器电路包括帧误码率测试器电路，并且其中所述帧误码率测试器电路接收来自所述第一系列电路中的物理编码子层编码电路的输出的第一编码数据流，以及来自所述第二系列电路中的物理编码子层解码电路的输入的第二编码数据流。

6.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，其中所述一个或多个可编程误码率测试器电路包括比特误码率测试器电路，并且其中所述比特误码率测试器电路接收来自所述第一系列电路的数据开始块的第一数据流，以及来自所述第二系列电路的数据结束块的第二数据流。

7.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，进一步包括：

示波电路，用于生成用于眼开图的数据，其中所述示波电路接收来自所述第二系列电路中的接收器电路的传入数据信号。

8.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，进一步包括：

示波电路，用于生成用于星座图的数据，其中所述示波电路接收来自所述第二系列电路中的接收器电路的传入数据信号。

9.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，进一步包括：

所述第一系列电路中的第一收发器；以及

所述第二系列电路中的第二收发器，

其中所述第一收发器接收来自脉冲幅度调制编码器电路的多个传出数据信道，并且向所述光学发送器电路输出所述多个传出数据信道，以及

其中所述第二收发器接收来自所述光学接收器电路的多个传入数据信道，并且向脉冲幅度调制解码器电路输出所述多个传出数据信道。

10.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，进一步包括：

所述第一系列电路中的第一收发器；以及

所述第二系列电路中的第二收发器，

其中所述第一收发器接收来自正交幅度调制编码器电路的多个传出数据信道，并且向所述光学发送器电路输出所述多个传出数据信道，以及

其中所述第二收发器接收来自所述光学接收器电路的多个传入数据信道，并且向正交幅度调制解码器电路输出所述多个传出数据信道。

11.根据权利要求10所述的可编程光子电子集成电路，进一步包括：

注入电路，其被耦合到所述第一收发器，其中所述注入电路将抖动和/或噪声注入所述多个传出数据信道中。

12.根据权利要求10所述的可编程光子电子集成电路，其中所述可编程逻辑设备进一步包括：

存储器，其存储数据并且提供对所述数据的访问；

处理器，其执行指令代码，并且存储和访问来自所述存储器的数据；以及

总线系统，其用来将所述存储器、所述处理器、所述第一系列电路中的第一收发器，所述第二系列电路中的第二收发器以及所述光学测试接口单元进行通信互连。

13.根据权利要求12所述的可编程光子电子集成电路，其中所述存储器至少存储测试模式和所测量的波形。

14.根据权利要求1所述的可编程光子电子集成电路，其中所述第一系列电路和第二系列电路是电子可编程的。

15.一种光学测试的方法，所述方法包括：

读取来自存储器的数据的测试模式；

将所述测试模式提供给多个传出信道；

向光学发送器电路输出来自第一收发器电路的多个传出信道；

向第二收发器电路输入来自光学接收器电路的多个传入信道；

将来自所述多个传出信道的传出数据和来自所述多个传入信道的传入数据提供给多个误码率测试器电路；以及

使用所述多个误码率测试器电路来确定多个误码率。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括；

将抖动信号注入所述第一收发器电路内的所述多个传出信道中。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个误码率测试器电路包括符号误码率测试器电路，并且其中所述符号误码率测试器电路将来自所述第一收发器电路的传出符号与来自所述第二收发器电路的传入符号进行比较。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个误码率测试器电路包括比特误码率测试器电路，并且其中所述比特误码率测试器电路将来自串行化器电路的输入的传出数据与来自解串行化器电路的输出的传入数据进行比较。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个误码率测试器电路包括符号误码率测试器电路，并且其中所述符号误码率测试器电路将来自前向纠错编码器电路的输出的输出符号与来自前向纠错解码器电路的输入的输入符号进行比较。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个误码率测试器电路包括帧误码率测试器电路，并且其中所述帧误码率测试器电路将来自物理编码子层编码器电路的输出的传出编码数据与来自物理编码子层解码器电路的输入的传入数据进行比较。

21.根据权利要求15所述的方法，其中所述多个误码率测试器电路包括比特误码率测试器电路，并且其中所述比特误码率测试器电路将来自数据开始块的传出数据与来自数据结束块的传入数据进行比较。

22.一种设备，其包括用以实行如权利要求15-22中的任一项所要求保护的方法的装置。

23.一种具有现场可编程门阵列的光子电子集成电路芯片，所述光子电子集成电路包括：

光学测试接口单元，其向受测试光学设备发送多个传出数据信道，并且从所述受测试光学设备接收多个传入数据信道；

光学发送器电路，其调制所述多个传出数据信道并且向所述光学测试接口单元发送所述多个传出数据信道；

光学接收器电路，其接收和解调来自所述光学测试接口单元的所述多个传出数据信道；

第一系列电路，用于将所述多个传出数据信道进行编码和串行化；以及

第二系列电路，用于将所述多个输入数据信道进行解串行化和可编程解码；以及

多个误码率测试器电路，其将来自所述第一系列电路的传出数据与来自所述第二系列电路的传入数据进行比较来确定多个误码率。

24.一种具有现场可编程门阵列的光子电子集成电路芯片，所述光子电子集成电路包括：

用于向受测试光学设备发送多个传出数据信道并且从所述受测试光学设备接收多个传入数据信道的装置；

用于调制所述多个传出数据信道并且向光学测试接口单元发送所述多个传出数据信道的装置；

用于接收和解调来自所述光学测试接口单元的所述多个传出数据信道的装置；

用于将所述多个传出数据信道进行编码和串行化的装置；以及

用于将所述多个输入数据信道进行解串行化和可编程解码的装置；以及

用于将来自所述第一系列电路的传出数据与来自所述第二系列电路的传入数据进行比较来确定多个误码率的装置。

25.一种用于光学测试的可编程光子电子集成电路，所述可编程光子电子集成电路包括：

用于向受测试光学设备发送多个传出数据信道并且从所述受测试光学设备接收多个传入数据信道的装置；

用于调制所述多个传出数据信道并且向光学测试接口单元发送所述多个传出数据信道的装置；

用于接收和解调来自所述光学测试接口单元的所述多个传出数据信道的装置；

用于将所述多个传出数据信道进行可编程编码和串行化的装置；

用于将所述多个输入数据信道进行解串行化和可编程解码的装置；以及

用于将来自所述第一系列电路的传出数据与来自所述第二系列电路的传入数据进行比较来确定多个误码率的装置。