CN111147131B - 一种光路由器的故障模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光路由器的故障模拟装置，解决的是不能模拟故障的技术问题，通过采用包括n个相互连接的微环谐振器故障模拟子单元，故障模拟子单元的输入接口模拟光路由器信号输入端口，故障模拟子单元的输出接口模拟光路由器信号输出端口；所述故障模拟子单元为多路选择器，多路选择器用于模拟微环谐振器的谐振状态正常态和故障态的技术方案，较好的解决了该问题，可用于光路由器故障模拟器中。

Description

一种光路由器的故障模拟装置
技术领域
本发明涉及光路由器领域，具体涉及一种光路由器的故障模拟装置。
背景技术
片上网络作为集成电路发展的产物，己经成为片上多核及众核系统的主流通信架构，它通过使用路由器作为数据收发媒介为多个功能模块之间提供通讯，从而减少了延时、降低了功耗、提高了系统的性能，满足了多核系统对通信效率的需求。但是，伴随着特征尺寸的缩小、集成密度的增加等，都将导致芯片面临着严重的可靠性问题。
芯片集成度不断提高，单个芯片所能集成的晶体管数目及芯片总面积呈现增大的趋势，从而引起芯片内部发生更多的缺陷。主要体现在:(1)由于制造工艺水平的限制，芯片在制造过程中产生的缺陷；(2)芯片在生命周期内，由于氧化、电路老化、电子迁移等原因，造成的故障增多；(3)系统受到串扰、噪声、电磁干扰等因素影响，导致芯片功能短暂性失效；这些因素都将使得片上网络面临严重的可靠性问题。那么为了提高光片上网络的整体性能，本发明提供一种光路由器的故障模拟装置，用于模拟光路由器中微环谐振器(MRR)故障导致的光路由器的输出变化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的光路由器不能有效进行故障模拟的技术问题。提供一种新的光路由器的故障模拟装置，该光路由器的故障模拟装置具有能够有效地模拟MRR由于制造缺陷造成的故障，提高光路由器片上网络的可靠性将发挥重要作用的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种光路由器的故障模拟装置，所述光路由器的故障模拟装置用于模拟光路由器中的微环谐振器故障，光路由器的故障模拟装置包括n个相互连接的微环谐振器故障模拟子单元，故障模拟子单元的输入接口模拟光路由器信号输入端口，故障模拟子单元的输出接口模拟光路由器信号输出端口。
所述故障模拟子单元为多路选择器，多路选择器用于模拟微环谐振器的谐振状态正常态和故障态。
本发明的工作原理：本发明对MRR建立故障模型，建立了两种故障模型。定义呆滞0故障(Stuck-at-zero Fault，s-a-0)指的是由于制造缺陷呆滞于0。具体指当光信号从输入端进入时，如果控制MRR的谐振状态为“ON”，正常情况下，光信号将从Drop端输出，但是由于故障的存在，此时光信号实际从Through端输出，Drop端没有输出。
通过控制MRR处于ON状态，此时接收端应该收到“1”，由于制造缺陷导致“呆滞于0”而实际上接收到“0”。
呆滞1故障(Stuck-at-one Fault，s-a-1)指的是由于制造缺陷呆滞于1。具体指当光信号从输入端进入时，如果控制MRR的谐振状态为“OFF”，正常情况下，信号应该从Through端输出，但由于故障的存在，光信号实际从Drop端输出，Through端没有输出信号。如图3：通过控制MRR处于OFF状态，此时接收端应该收到“0”，由于制造缺陷导致“呆滞于1”而实际上接收到“1”。
上述方案中，为优化，进一步地，所述故障模拟子单元包括与故障模拟子单元第二输入接口连接的第一微环谐振器A、与第三输入接口连接的第二微环谐振器B；第一微环谐振器A连接2个可切换的输出支路ao1和输出支路ao2；第二微环谐振器连接有2个可切换的输出支路bo1和输出支路bo2；输出支路ao1与输出支路bo1通过或门连接到故障模拟子单元的第一输出接口，输出支路ao2连接到第五微环谐振器E，输出支路bo2通过或门连接到故障模拟子单元的输出接口；所述第一微环谐振器A、第二微环谐振器B通过控制谐振状态模拟故障模型中的2种故障类型。
所述第一微环谐振器A、第二微环谐振器B通过控制谐振状态模拟故障模型中的2种故障类型；其中，n为正整数。
进一步地，所述2种故障类型包括呆滞0故障及呆滞1故障；呆滞0故障是微环谐振器谐振状态为ON时发生的故障状态；呆滞1故障是微环谐振器谐振状态为OFF时发生的故障状态。
进一步地，控制谐振状态模拟故障模型中的2种故障类型使用ctrli信号控制谐振状态，使用ctrl_i信号控制，i为小于等于n的正整数。
本发明的有益效果：本发明可以有效地模拟MRR由于制造缺陷造成的单个故障，在提高片上网络的可靠性将发挥重要作用。本发明将MRR等效为一个二选一的多路选择器结构，由n个多路选择器相互连接构成光路由器故障模拟装置能够在单故障情况下进行故障模拟检测。8个微环谐振器随机产生1个微环谐振器故障，分别检测在呆滞0状态和呆滞1状态情况下发生的故障，完成模拟。本发明的装置减小了由于MRR在制造过程中产生的缺陷导致MRR发生故障进而导致数据传输错误甚至丢失的概率，提高片上网络的整体性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，实施例1的光路由器的故障模拟装置的结构示意图。
图2，呆滞0故障模型示意图。
图3，呆滞1故障模型示意图。
图4，实施例1中的一种光路由器示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种光路由器的故障模拟装置，所述光路由器的故障模拟装置用于模拟光路由器中的单个微环谐振器故障，光路由器的故障模拟装置包括n个相互连接的微环谐振器故障模拟子单元，故障模拟子单元的输入接口模拟光路由器信号输入端口，故障模拟子单元的输出接口模拟光路由器信号输出端口。
所述故障模拟子单元为多路选择器，多路选择器用于模拟微环谐振器的谐振状态正常态和故障态。
具体地，所述故障模拟子单元包括与故障模拟子单有元第二输入接口连接的第一微环谐振器A、与第三输入接口连接的第二微环谐振器B；第一微环谐振器A连接2个可切换的输出支路ao1和输出支路ao2；第二微环谐振器B连接有2个可切换的输出支路bo1和输出支路bo2；输出支路ao1与输出支路bo1通过或门连接到故障模拟子单元的第一输出接口，输出支路ao2连接到第五微环谐振器E，输出支路bo2通过或门连接到故障模拟子单元的输出接口；所述第一微环谐振器A、第二微环谐振器B通过控制谐振状态模拟故障模型中的2种故障类型。
其中，所述2种故障类型包括呆滞0故障及呆滞1故障；呆滞0故障是微环谐振器谐振状态为ON时发生的故障状态；呆滞1故障是微环谐振器谐振状态为OFF时发生的故障状态。
详细地，控制谐振状态模拟故障模型中的2种故障类型使用ctrli信号控制谐振状态，使用ctrl_i信号控制，i为小于等于n的正整数，本实施例1中n取值为8。
如图1所示，是由4个波导和8个MRR构成的4×4的故障模拟装置，适配4输入口的光路由器。图中A、B、C、D、E、F、G、H模拟的是光路由器的MRR环；P1、P2、P3、P4端口分别对应光路由器的信号输入端口；Q1、Q2、Q3、Q4端口分别对应光路由器的信号输出端口；ctrl_1、ctrl_2、ctrl_3、ctrl_4、ctrl_5、ctrl_6、ctrl_7、ctrl_8在故障模拟装置中分别用于控制8个MRR的谐振状态，当ctrl_i＝1(i＝1～8)时，相应的MRR处于谐振状态，当ctrl_i＝0(i＝1～8)时，相应的MRR处于非谐振状态；ctrl1、ctrl2、ctrl3、ctrl4、ctrl5、ctrl6、ctrl7、ctrl8在故障模拟器中分别用于控制8个MRR的故障状态，当ctrli＝0时，MRR处于无故障状态，当ctrli＝1时，MRR处于故障状态。
然后建立MRR故障模型，包括两种故障模型：呆滞0故障，由于制造缺陷呆滞于0。具体指当光信号从输入端进入时，如果控制MRR的谐振状态为“ON”，正常情况下，光信号将从Drop端输出，但是由于故障的存在，此时光信号实际从Through端输出，Drop端没有输出。如图2：通过控制MRR处于ON状态，此时接收端应该收到“1”，由于制造缺陷导致“呆滞于0”而实际上接收到“0”。
呆滞1故障，指的是由于制造缺陷呆滞于1。具体指当光信号从输入端进入时，如果控制MRR的谐振状态为“OFF”，正常情况下，信号应该从Through端输出，但由于故障的存在，光信号实际从Drop端输出，Through端没有输出信号。如图3：通过控制MRR处于OFF状态，此时接收端应该收到“0”，由于制造缺陷导致“呆滞于1”而实际上接收到“1”。
以图1中的模块1为例：当ctrl1为1时表示二选一多路选择器发生故障，故障类型由ctrl_1产生，如果ctrl_1等于0，则可以模拟s-a-1呆滞1故障，如果ctrl_1等于1，则可以模拟s-a-0呆滞0故障。
所述电路对于第一微环谐振器为已知单故障情况下，对于其余7个微环谐振器的状态信号ctrln都为0，表示MRR均处于无故障的状态；控制信号ctrl_n为0，表示此时MRR不发生谐振；所述电路已知单故障情况进行故障检测分s-a-1和s-a-0两种情况讨论。下面结合具体的案例对光路由器的故障模拟装置进行说明。
所述电路在单故障情况下进行故障模拟，八个微环谐振器随机选择一个发生单故障,假设第一微环谐振器发生故障，当第一微环谐振器发生s-a-1故障时，即1号MRR的故障状态控制信号为ctrl1＝1，对于其它微环谐振器的控制信号ctrln＝0表示处于无故障状态。1号MRR的谐振状态控制信号ctrl_1＝0表示1号处于呆滞1故障状态，对于其它微环谐振器的控制信号等于0，表示MRR处于无故障状态。
所述电路对于剩余七个微环谐振器也将其等效为二选一的开关结构，当分别在单故障情况下进行故障模拟时，模拟s-a-0呆滞0故障和s-a-1呆滞1故障，方法与第一微环谐振器一样，以此类推。
定义检测到光信号时用逻辑1表示输出，没有检测到光信号时用逻辑0表示输出，将MRR等效为一个二选一的开关结构。对于第一微环谐振器信号从P2端口进入，对两个输出ao1和ao2进行选择。同理其余7个微环谐振器类似。
本实施例故障模拟装置在构造时还需要很多中间变量，用来表示各个信号之间的传输，ao1和ao2用来表示二选一多路选择器A的两个信号输出端口，其中ao1二选一开关的控制信号为1时输出，ao2二选一开关的控制信号为0时输出；二选一开关B、C、D、E、F、G、H同理。
上述模块1与模块2通信需要一个中间变量d，此时d是模块2的二选一多路选择器B的输出端bo1和模块1的二选一多路选择器A的输出端ao1经过或门得到的信号；同理，a、b、c、e、f、g、h也是由相应位置的输出信号经过或门所得到。
所述一种光路由器的故障模拟装置，对于输出信号Q1，它是由二选一多路选择器A的输出端ao1和d经过或门得到；同理，Q2、Q3和Q4也是由相应位置的输出信号经过或门所得到。如图4为实施例1中的一种光路由器示意图。
综上，本实施例提供了一种光路由器的故障模拟装置中，将MRR等效为一个二选一的多路选择器结构，整个路由器设计为一个由n个多路选择器相互连接构成的电路模拟结构，该装置能够在单故障情况下进行故障模拟检测，八个微环随机产生一个微环故障，然后分别检测在呆滞0和呆滞1情况下发生的故障，该装置减小了由于MRR在制造过程中产生的缺陷导致MRR发生故障进而导致数据传输错误甚至丢失的概率，从而进一步的提高片上网络的整体性能。本发明可以有效地模拟MRR由于制造缺陷造成的单个故障，在提高片上网络的可靠性将发挥重要作用。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种光路由器的故障模拟装置，其特征在于：所述光路由器的故障模拟装置用于模拟光路由器中的单个微环谐振器故障导致的光路由器的输出变化，光路由器的故障模拟装置包括n个相互连接的微环谐振器故障模拟子单元，故障模拟子单元的输入接口模拟光路由器信号输入端口，故障模拟子单元的输出接口模拟光路由器信号输出端口；
所述故障模拟子单元为多路选择器，多路选择器用于模拟微环谐振器的谐振状态，包括正常态和故障态；
所述故障模拟子单元包括与故障模拟子单元第二输入接口连接的第一微环谐振器A、与第三输入接口连接的第二微环谐振器B；
第一微环谐振器A连接2个可切换的输出支路ao1和输出支路ao2；
第二微环谐振器B连接有2个可切换的输出支路bo1和输出支路bo2；
输出支路ao1与输出支路bo1通过或门连接到故障模拟子单元的第一输出接口，输出支路ao2连接到第五微环谐振器E，输出支路bo2通过或门连接到故障模拟子单元的输出接口；
所述第一微环谐振器A、第二微环谐振器B通过控制谐振状态模拟故障模型中的2种故障类型；
故障指的是接收端应该收到“1”而实际上接收到“0”，或应该收到“0”而实际上接收到“1”。
2.根据权利要求1所述光路由器的故障模拟装置，其特征在于：所述2种故障类型包括呆滞0故障及呆滞1故障；呆滞0故障是微环谐振器谐振状态为ON时发生的故障状态；呆滞1故障是微环谐振器谐振状态为OFF时发生的故障状态。
3.根据权利要求2所述光路由器的故障模拟装置，其特征在于：控制谐振状态模拟故障模型中的2种故障类型是使用ctrli信号控制谐振状态，i为小于等于n的正整数。
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