CN111398669A - 工作电压测试方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工作电压测试方法、装置、设备及存储介质。其中,所述方法包括:采集无接收光信号时,对应各雪崩光电探测器(APD)偏置电压的APD暗电流;确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子;基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储;基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域,尤其涉及一种工作电压测试方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着光通信技术的发展,光模块在光通信系统中得到了广泛使用。其中,雪崩光电探测器(APD,Avalanche Photodiode Detector)光接收组件是广泛使用的一种光接收模块,尤其是在直检光通信系统中,由于APD光接收组件具有较好的接收灵敏度,使其成为提高光链路预算的关键器件。
相关技术中,为了使APD光接收组件获得最好的接收效果,通常将其工作电压配置为经验值(例如Vbr-1,或Vbr-3,或0.9*Vbr,Vbr为APD的击穿电压),然而该经验值并不一定是APD光接收组件的最佳工作电压,特别是对于不同的接收光功率而言,一般最佳工作电压也会对应有不同的数值。因此,如何快速且准确地确定适配APD光接收组件的最佳工作电压,就成为了一个亟需解决的问题。
发明内容
为解决相关技术中存在的技术问题,本发明实施例提供一种工作电压测试方法、装置、设备及存储介质,能够快速且准确地确定适配APD光接收组件的最佳工作电压。
本发明实施例的技术方案是这样实现的:
本发明实施例提供一种工作电压测试方法,所述方法包括:
采集无接收光信号时,对应各APD偏置电压的APD暗电流;
确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子;
基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储;
基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
上述方案中,所述确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子,包括:
基于APD的击穿电压、APD倍增因子典型值,以及与所述APD倍增因子典型值所对应的APD特定偏置电压,确定第一参数;
基于所述APD的击穿电压以及所述第一参数,确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子。
上述方案中,所述基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率,包括:
基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子;
基于对所述品质因子的互补误差函数处理结果,确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率。
上述方案中,所述基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子,包括:
在所述APD光接收组件的特征参数包括APD的响应度的情况下,基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流;
在所述APD光接收组件的特征参数包括APD光接收组件的带宽的情况下,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流;
基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子。
上述方案中,所述基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流,包括:
确定所述光信号中高电平信号对应的第一入射光功率,以及所述光信号中低电平信号对应的第二入射光功率;
基于所述第一入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第一信号电流;
基于所述第二入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第二信号电流。
上述方案中,所述基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流,包括:
确定APD的过量噪声因子;
在光信号的噪声中APD的噪声包括体暗电流噪声、表面暗电流噪声及信号散射噪声的情况下,确定所述第一信号电流对应的第一信号散射噪声,以及所述第二信号电流对应的第二信号散射噪声;所述第一信号散射噪声基于所述第一信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到,所述第二信号散射噪声基于所述第二信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第一信号散射噪声及所述光信号的噪声中跨阻放大器TIA的噪声,确定所述光信号产生的第一噪声电流;所述体暗电流噪声基于所述APD暗电流得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第二信号散射噪声及所述TIA的噪声,确定所述光信号产生的第二噪声电流。
上述方案中,所述确定APD的过量噪声因子,包括:
获取APD的材料离化系数比,所述APD的材料离化系数比与APD的材料参数关联;
基于所述APD的材料离化系数比与所述APD倍增因子,确定所述APD的过量噪声因子。
上述方案中,所述基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子,包括:
基于所述第一信号电流和所述第二信号电流,确定所述第一信号电流与所述第二信号电流的差值;
基于所述第一噪声电流和所述第二噪声电流,确定所述第一噪声电流与所述第二噪声电流的和值;
基于所述差值与所述和值的比值,确定所述品质因子。
上述方案中,所述基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压,包括:
从对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率中,查找最小误码率;
基于误码率与APD偏置电压的对应关系,确定与所述最小误码率对应的APD偏置电压;
将所述最小误码率对应的APD偏置电压确定为适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
上述方案中,所述方法还包括:
控制所述APD光接收组件在所述最佳工作电压下进行工作。
本发明实施例还提供一种工作电压测试装置,所述装置包括:
采集单元,用于采集无接收光信号时,对应各APD偏置电压的APD暗电流;
第一确定单元,用于确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子;
第二确定单元,用于基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储;
第三确定单元,用于基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
上述方案中,所述第一确定单元,具体用于:
基于APD的击穿电压、APD倍增因子典型值,以及与所述APD倍增因子典型值所对应的APD特定偏置电压,确定第一参数;
基于所述APD的击穿电压以及所述第一参数,确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子。
上述方案中,所述第二确定单元,包括:
第一确定子单元,用于基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子;
第二确定子单元,用于基于对所述品质因子的互补误差函数处理结果,确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率。
上述方案中,所述第一确定子单元,包括:
第三确定子单元,用于在所述APD光接收组件的特征参数包括APD的响应度的情况下,基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流;
第四确定子单元,用于在所述APD光接收组件的特征参数包括APD光接收组件的带宽的情况下,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流;
第五确定子单元,用于基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子。
上述方案中,所述第三确定子单元,具体用于:
确定所述光信号中高电平信号对应的第一入射光功率,以及所述光信号中低电平信号对应的第二入射光功率;
基于所述第一入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第一信号电流;
基于所述第二入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第二信号电流。
上述方案中,所述第四确定子单元,具体用于:
确定APD的过量噪声因子;
在光信号的噪声中APD的噪声包括体暗电流噪声、表面暗电流噪声及信号散射噪声的情况下,确定所述第一信号电流对应的第一信号散射噪声,以及所述第二信号电流对应的第二信号散射噪声;所述第一信号散射噪声基于所述第一信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到,所述第二信号散射噪声基于所述第二信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第一信号散射噪声及所述光信号的噪声中跨阻放大器TIA的噪声,确定所述光信号产生的第一噪声电流;所述体暗电流噪声基于所述APD暗电流得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第二信号散射噪声及所述TIA的噪声,确定所述光信号产生的第二噪声电流。
上述方案中,所述第四确定子单元,具体用于:
获取APD的材料离化系数比,所述APD的材料离化系数比与APD的材料参数关联;
基于所述APD的材料离化系数比与所述APD倍增因子,确定所述APD的过量噪声因子。
上述方案中,所述第五确定子单元,具体用于:
基于所述第一信号电流和所述第二信号电流,确定所述第一信号电流与所述第二信号电流的差值;
基于所述第一噪声电流和所述第二噪声电流,确定所述第一噪声电流与所述第二噪声电流的和值;
基于所述差值与所述和值的比值,确定所述品质因子。
上述方案中,所述第三确定单元,具体用于:
从对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率中,查找最小误码率;
基于误码率与APD偏置电压的对应关系,确定与所述最小误码率对应的APD偏置电压;
将所述最小误码率对应的APD偏置电压确定为适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
上述方案中,所述装置还包括:
控制单元,用于控制所述APD光接收组件在所述最佳工作电压下进行工作。
本发明实施例还提供一种工作电压测试设备,所述设备包括:处理器和用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序的存储器;
其中,所述处理器用于运行所述计算机程序时,执行上述本发明实施例提供的工作电压测试方法的步骤。
本发明实施例还提供一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述本发明实施例提供的工作电压测试方法的步骤。
本发明实施例提供的工作电压测试方法、装置、设备及存储介质,采集无接收光信号时,对应各APD偏置电压的APD暗电流;确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子;基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储;基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。采用本发明实施例的方案,利用获得的APD暗电流和APD倍增因子,并从数字信号处理器中获得的APD光接收组件的特征参数,就可确定适配APD光接收组件的最佳工作电压,由于数字信号处理器具有可靠性高和软件实现的特点,因此,基于数字信号处理器来实现工作电压的测试,能够快速且准确地确定适配APD光接收组件的最佳工作电压,从而提高APD光接收组件的生产测试效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种工作电压测试方法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的APD光接收组件的主要噪声组成示意图;
图3为本发明实施例提供的APD光接收组件的品质因子与APD偏置电压的关系示意图;
图4为本发明实施例提供的APD光接收组件的误码率与APD偏置电压的关系示意图;
图5为本发明实施例提供的一种工作电压测试装置的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的一种工作电压测试设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述,所描述的实施例不应视为对本发明的限制,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在以下的描述中,涉及到“一些实施例”,其描述了所有可能实施例的子集,但是可以理解,“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集,并且本发明实施例所记载的技术方案之间,可以在不冲突的情况下相互结合。
下面对本发明实施例提供的工作电压测试方法的实现进行说明。
本发明实施例提供了一种工作电压测试方法,图1为本发明实施例提供的一种工作电压测试方法的流程示意图,该工作电压测试方法可由工作电压测试设备实施,本发明实施例的工作电压测试设备可以实施为数字信号处理器,例如数字信号处理器中的微控制单元(MCU,Micro Control Unit)等,如图1所示,该方法包括:
步骤101,采集无接收光信号时,对应各APD偏置电压的APD暗电流。
这里,工作电压测试设备在无接收光信号的条件下,可测试APD偏置电压,并测试不同APD偏置电压下的APD暗电流,以获得不同APD偏置电压下的APD暗电流,也就是说,不同的APD偏置电压对应不同的APD暗电流。
实际应用时,可以利用高精度可调电压源为APD提供偏置电压,这样,在无接收光信号的条件下,工作电压测试设备可测试并记录在不同入射光功率时,高精度可调电压源所输出的对应不同的输出电压,即输出对应不同的APD偏置电压,以及测试并记录对应不同的输出电压的输出电流,即不同的APD偏置电压所对应的APD暗电流。
步骤102,确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子。
在一些实施例中,确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子,可通过如下方式实现:
基于APD的击穿电压、APD倍增因子典型值,以及与所述APD倍增因子典型值所对应的APD特定偏置电压,确定第一参数;
基于所述APD的击穿电压以及所述第一参数,确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子。
实际应用时,APD出厂时会对应有一个击穿电压的值,通常情况下,APD的击穿电压可以作为APD的特征参数预先存储在数字信号处理器的芯片数据表(Data Sheet)中。同样的,APD出厂时还会提供一个倍增因子的典型值和该典型值所对应的特定偏置电压,其中,倍增因子的典型值可为由APD生产厂家根据APD材料为APD设置的出厂参数。
在本发明实施例中,基于APD的击穿电压、APD倍增因子典型值,以及与所述APD倍增因子典型值所对应的APD特定偏置电压,可采用如下公式(1)确定第一参数:
其中,n表示第一参数,通常为一常数;Vbr表示APD的击穿电压;M表示倍增因子的典型值时,V表示该典型值所对应的APD特定偏置电压。
举例来说,假设APD出厂时提供的击穿电压Vbr为29V,倍增因子的典型值M为10,与该倍增因子的典型值所对应的APD特定偏置电压V为27V,则根据这三个出厂参数的值,通过上述公式(1)可推导出第一参数n,进而通过该关系式,可以确定在不同APD偏置电压下的APD倍增因子。
步骤103,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储。
这里,APD光接收组件(ROSA,Receiver Optical Subassembly)(也可称为APDROSA)是光信号接收部分,将APD与跨阻放大器(TIA,Trans-Impedance Amplifier)两个相互独立的元器件封装在一起就可构成APD光接收组件。因此,APD光接收组件的特征参数可包括与APD相关的特征参数,以及与TIA相关的特征参数。
实际应用时,误码率与品质因子之间存在关联关系,可先确定APD光接收组件的品质因子,然后通过关联关系确定APD光接收组件的误码率。
基于此,在一些实施例中,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率,可通过如下方式实现:
基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子;
基于对所述品质因子的互补误差函数处理结果,确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率。
实际应用时,可采用如下公式(2)确定对应各APD偏置电压的APD光接收组件的误码率(BER,Bit Error Rate):
下面对确定APD光接收组件的品质因子的过程进行详细的描述。
在一些实施例中,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子,可通过如下方式实现:
在所述APD光接收组件的特征参数包括APD的响应度的情况下,基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流;
在所述APD光接收组件的特征参数包括APD光接收组件的带宽的情况下,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流;
基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子。
由于在现有的直检光通信系统中,不归零码(NRZ,Not Return to Zero)信号占据主流地位,因此,本发明实施例以接收到的光信号为NRZ信号为例进行说明,NRZ信号包括高电平信号和低电平信号,其中,高电平信号可用“1”表示,低电平信号可用“0”表示。
实际应用时,为了快速确定APD光接收组件的品质因子,可通过数字信号处理的方式先确定第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,进而再基于第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流确定APD光接收组件的品质因子。
基于此,在一些实施例中,基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子,可通过如下方式实现:
基于所述第一信号电流和所述第二信号电流,确定所述第一信号电流与所述第二信号电流的差值;
基于所述第一噪声电流和所述第二噪声电流,确定所述第一噪声电流与所述第二噪声电流的和值;
基于所述差值与所述和值的比值,确定所述品质因子。
实际应用时,对于NRZ信号而言,在确定NRZ信号中高电平信号和低电平信号,即“1”信号和“0”信号产生的信号电流和噪声电流后,可采用如下公式(3)确定APD光接收组件的品质因子:
其中,Q表示APD光接收组件的品质因子;i1表示NRZ信号中高电平信号产生的信号电流,即第一信号电流;i0表示NRZ信号中低电平信号产生的信号电流,即第二信号电流;n1表示NRZ信号中高电平信号产生的噪声电流,即第一噪声电流;n0表示NRZ信号中低电平信号产生的噪声电流,即第二噪声电流。
下面对第一信号电流i1、第二信号电流i0、第一噪声电流n1及第二噪声电流n0的确定过程进行详细的描述。
在一些实施例中,基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流,可通过如下方式实现:
确定所述光信号中高电平信号对应的第一入射光功率,以及所述光信号中低电平信号对应的第二入射光功率;
基于所述第一入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第一信号电流;
基于所述第二入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第二信号电流。
实际应用时,基于第一入射光功率、APD倍增因子及APD的响应度,可通过如下公式(4)确定光信号如NRZ信号中高电平信号产生的第一信号电流:
i1=M*P1*R(4);
其中,P1表示光信号如NRZ信号中高电平信号对应的第一入射光功率;R表示APD的响应度,具体地,可表示对应M=1时APD的响应度,通常情况下商用器件均会提供R。需要说明的是,对于上述公式(4)中未尽的参数含义,可以参考上文而理解,这里不再赘述。
实际应用时,基于第二入射光功率、APD倍增因子及APD的响应度,可通过如下公式(5)确定光信号如NRZ信号中低电平信号产生的第二信号电流:
i0=M*P0*R (5);
其中,P0表示光信号如NRZ信号中低电平信号对应的第二入射光功率。对于上述公式(5)中未尽的参数含义,可以参考上文而理解,这里不再赘述。
这里,在现有的直检光通信系统中,光信号一般以平均光功率Pave和消光比ER来表示(本文中为了便于计算,并不对ER进行对数化处理),平均光功率Pave和消光比ER可以直接测量获得,具体地,平均光功率Pave可通过光功率计直接测量获得,消光比ER可通过光眼图仪对光信号直接测量获得,且不随光功率的改变而进行变化,因此,可将消光比ER作为已知数值预先存储在数字信号处理器中。
因此,实际应用时,可基于平均光功率和消光比来确定第一入射光功率和第二入射光功率。
通过如下公式(7)确定光信号中低电平信号对应的第二入射光功率:
需要说明的是,对于上述公式(6)和(7)中未尽的参数含义,可以参考上文而理解,这里不再赘述。
这里,对于APD光接收组件接收到的光信号的噪声,一般包括APD的噪声和TIA的噪声。其中,APD的噪声主要包括体暗电流噪声、表面暗电流噪声及信号散射噪声,信号散射噪声为由光信号电流产生的散射噪声。由于光信号电流包括两种,即光信号中高电平信号产生的第一信号电流,以及光信号中低电平信号产生的第二信号电流,因此,由光信号电流所产生的散射噪声也包括两种类型的散射噪声,即第一信号散射噪声和第二信号散射噪声。
在一些实施例中,所述基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流,可通过如下方式实现:
确定APD的过量噪声因子;
在光信号的噪声中APD的噪声包括体暗电流噪声、表面暗电流噪声及信号散射噪声的情况下,确定所述第一信号电流对应的第一信号散射噪声,以及所述第二信号电流对应的第二信号散射噪声;所述第一信号散射噪声基于所述第一信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到,所述第二信号散射噪声基于所述第二信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第一信号散射噪声及所述光信号的噪声中跨阻放大器TIA的噪声,确定所述光信号产生的第一噪声电流;所述体暗电流噪声基于所述APD暗电流得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第二信号散射噪声及所述TIA的噪声,确定所述光信号产生的第二噪声电流。
这里,确定APD的过量噪声因子,可通过如下方式实现:
获取APD的材料离化系数比,所述APD的材料离化系数比与APD的材料参数关联;
基于所述APD的材料离化系数比与所述APD倍增因子,确定所述APD的过量噪声因子。
这里,APD的材料离化系数比可基于APD的材料参数确定,通常APD的材料离化系数比与APD材料的种类和掺杂浓度相关,由APD的生产厂家提供,也就是说,当APD的材料确定后,APD的材料离化系数比就固定了。一般来讲,在APD的工艺不变的条件下,APD的材料离化系数比不会改变,也即对于使用同样工艺批量生产的器件而言,可以使用同一APD的材料离化系数比的固定数值。
实际应用时,基于APD的材料离化系数比与APD倍增因子,可通过如下公式(8)确定APD的过量噪声因子:
其中,F表示APD的过量噪声因子;k表示APD的材料离化系数比;M表示APD倍增因子。
需要说明的是,本发明实施例并不仅限于上述公式(8)的一种方式确定APD的过量噪声因子,还可根据需要对上述公式(8)进行变形的方式来确定APD的过量噪声因子。
实际应用时,可通过如下公式(9)来确定噪声电流:
其中,inoise表示噪声电流,包括第一噪声电流n1和第二噪声电流n0;q表示一个电子所带的电荷量,为一个常数,通常为1.6021892×10^(-19)库仑;idark表示APD暗电流,idark,M=1表示对应M=1时APD暗电流;B表示APD光接收组件的带宽;isignal,M=1表示对应M=1时的信号电流,包括第一信号电流和第二信号电流,当isignal,M=1表示对应M=1时的第一信号电流时,由该第一信号电流所产生的散射噪声为第一信号散射噪声,此时确定的噪声电流为第一噪声电流n1,当isignal,M=1表示对应M=1时的第二信号电流时,由该第二信号电流所产生的散射噪声为第二信号散射噪声,此时确定的噪声电流为第二噪声电流n0;isurf表示APD的噪声中的表面暗电流;iTIA表示APD光接收组件中所使用的TIA的噪声电流;上述公式(9)中的第一项(2qidark,M=1FM2B)表示体暗电流噪声,第二项(2qisignal,M=1FM2B)表示信号散射噪声,第三项(isurf 2)表示表面暗电流噪声,第四项(iTIA 2)表示光信号的噪声中TIA的噪声。对于上述公式(9)中未尽的参数含义,可以参考上文而理解,这里不再赘述。
实际应用时,由于体暗电流噪声和信号散射噪声会因APD的倍增作用而放大,而表面暗电流噪声没有因APD的倍增作用而产生放大的效果,因此,APD的噪声中的体暗电流噪声和信号散射噪声占据主导地位,而表面暗电流噪声可以忽略。
图2为本发明实施例提供的APD光接收组件的主要噪声组成示意图,如图2所示,APD光接收组件接收到的光信号的噪声中,主要包括APD的噪声中的体暗电流噪声和信号散射噪声,还包括TIA的噪声,因此,结合前述公式(8)和(9),APD光接收组件的噪声电流可简化为通过如下公式(10)来表示:
需要说明的是,上述公式(10)中各参数的含义可以参考上文而理解,这里不再赘述。
综合前述的公式(3)至(10),可得APD光接收组件的品质因子的最终表达式为:
需要说明的是,上述公式(11)中各参数的含义可以参考上文而理解,这里不再赘述。
实际应用时,接收光信号时APD光接收组件的特征参数,比如APD的材料离化系数比k、消光比ER、APD光接收组件的带宽B、APD的响应度R等特征参数是固定的,可从数字信号处理器的Data Sheet中直接获取,因此,在确定APD暗电流和APD倍增因子后,就能够快速确定对应各APD偏置电压的APD光接收组件的品质因子Q,进而根据前述公式(2)所表示的APD光接收组件的误码率BER与品质因子Q的关系式,就可以确定不同APD偏置电压下所对应的APD光接收组件的误码率BER。
步骤104,基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
在一些实施例中,基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压,可通过如下方式实现:
从对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率中,查找最小误码率;
基于误码率与APD偏置电压的对应关系,确定与所述最小误码率对应的APD偏置电压;
将所述最小误码率对应的APD偏置电压确定为适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
这里,实际应用时,在数字信号处理器中,可将不同APD偏置电压对应的APD光接收组件的误码率进行升序或降序的排列,根据排列结果确定最小误码率,并将最小误码率所对应的APD偏置电压确定为适配APD光接收组件的最佳工作电压。
在一些实施例中,该方法还包括:控制所述APD光接收组件在所述最佳工作电压下进行工作。
以10GAPD光接收组件的特征参数为参考,采用本发明实施例的技术方案,通过仿真的方式确定在光信号的接收光功率为-29.5dBm和-26.5dBm时,不同的APD偏置电压与APD光接收组件的品质因子的关系,得到如图3所示的本发明实施例提供的APD光接收组件的品质因子与APD偏置电压的关系示意图,基于APD光接收组件的误码率BER与品质因子Q的关系,可得到如图4所示的本发明实施例提供的APD光接收组件的误码率与APD偏置电压的关系示意图,从图4可见,接收光功率为-29.5dBm时最小误码率对应的APD偏置电压,即APD光接收组件的最佳工作电压为-27.6V,接收光功率为-26.5dBm时最小误码率对应的APD偏置电压,即APD光接收组件的最佳工作电压为-27.4V。
采用本发明实施例提供的技术方案,利用获得的APD暗电流和APD倍增因子,并从数字信号处理器中获得的APD光接收组件的特征参数,就可确定适配APD光接收组件的最佳工作电压,由于数字信号处理器具有可靠性高和软件实现的特点,因此,基于数字信号处理器来实现工作电压的测试,能够快速且准确地确定适配APD光接收组件的最佳工作电压,从而提高APD光接收组件的生产测试效率。
为了实现本发明实施例的工作电压测试方法,本发明实施例还提供了一种工作电压测试装置,参见图5,图5为本发明实施例提供的一种工作电压测试装置的结构示意图,该装置包括:
采集单元51,用于采集无接收光信号时,对应各APD偏置电压的APD暗电流;
第一确定单元52,用于确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子;
第二确定单元53,用于基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储;
第三确定单元54,用于基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
在一些实施例中,所述第一确定单元,具体用于:
基于APD的击穿电压、APD倍增因子典型值,以及与所述APD倍增因子典型值所对应的APD特定偏置电压,确定第一参数;
基于所述APD的击穿电压以及所述第一参数,确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子。
在一些实施例中,所述第二确定单元,包括:
第一确定子单元,用于基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子;
第二确定子单元,用于基于对所述品质因子的互补误差函数处理结果,确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率。
在一些实施例中,所述第一确定子单元,包括:
第三确定子单元,用于在所述APD光接收组件的特征参数包括APD的响应度的情况下,基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流;
第四确定子单元,用于在所述APD光接收组件的特征参数包括APD光接收组件的带宽的情况下,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流;
第五确定子单元,用于基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子。
在一些实施例中,所述第三确定子单元,具体用于:
确定所述光信号中高电平信号对应的第一入射光功率,以及所述光信号中低电平信号对应的第二入射光功率;
基于所述第一入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第一信号电流;
基于所述第二入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第二信号电流。
在一些实施例中,所述第四确定子单元,具体用于:
确定APD的过量噪声因子;
在光信号的噪声中APD的噪声包括体暗电流噪声、表面暗电流噪声及信号散射噪声的情况下,确定所述第一信号电流对应的第一信号散射噪声,以及所述第二信号电流对应的第二信号散射噪声;所述第一信号散射噪声基于所述第一信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到,所述第二信号散射噪声基于所述第二信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第一信号散射噪声及所述光信号的噪声中跨阻放大器TIA的噪声,确定所述光信号产生的第一噪声电流;所述体暗电流噪声基于所述APD暗电流得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第二信号散射噪声及所述TIA的噪声,确定所述光信号产生的第二噪声电流。
这里,对于所述第四确定子单元确定APD的过量噪声因子来说,可以采用以下方式实现:
获取APD的材料离化系数比,所述APD的材料离化系数比与APD的材料参数关联;
基于所述APD的材料离化系数比与所述APD倍增因子,确定所述APD的过量噪声因子。
在一些实施例中,所述第五确定子单元,具体用于:
基于所述第一信号电流和所述第二信号电流,确定所述第一信号电流与所述第二信号电流的差值;
基于所述第一噪声电流和所述第二噪声电流,确定所述第一噪声电流与所述第二噪声电流的和值;
基于所述差值与所述和值的比值,确定所述品质因子。
在一些实施例中,所述第三确定单元,具体用于:
从对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率中,查找最小误码率;
基于误码率与APD偏置电压的对应关系,确定与所述最小误码率对应的APD偏置电压;
将所述最小误码率对应的APD偏置电压确定为适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
在一些实施例中,该装置还包括:
控制单元,用于控制所述APD光接收组件在所述最佳工作电压下进行工作。
实际应用时,采集单元51、第一确定单元52、第二确定单元53和第三确定单元54可由工作电压测试装置中的处理器来实现。当然,处理器需要运行存储器中的计算机程序来实现它的功能。
需要说明的是,上述实施例提供的工作电压测试装置在进行工作电压测试时,仅以上述各程序模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述处理分配由不同的程序模块完成,即将装置的内部结构划分成不同的程序模块,以完成以上描述的全部或者部分处理。另外,上述实施例提供的工作电压测试装置与工作电压测试方法实施例属于同一构思,其具体实现过程详见方法实施例,这里不再赘述。
基于上述程序模块的硬件实现,且为了实现本发明实施例的工作电压测试方法,本发明实施例还提供了一种工作电压测试设备,图6仅仅示出了该工作电压测试设备的示例性结构而非全部结构,根据需要可以实施图6示出的部分结构或全部结构。
参见图6,图6为本发明实施例提供的一种工作电压测试设备的结构示意图,该工作电压测试设备600包括:至少一个处理器601、存储器602、用户接口603和至少一个网络接口604。工作电压测试设备600中的各个组件通过总线系统605耦合在一起。可以理解,总线系统605用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统605除包括数据总线之外,还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见,在图6中将各种总线都标为总线系统605。
其中,用户接口603可以包括显示器、键盘、鼠标、轨迹球、点击轮、按键、按钮、触感板或者触摸屏等。
本发明实施例中的存储器602用于存储各种类型的数据以支持工作电压测试设备600的操作。这些数据的示例包括:用于在工作电压测试设备600上操作的任何计算机程序。
本发明实施例揭示的工作电压测试方法可以应用于处理器601中,或者由处理器601实现。处理器601可能是一种集成电路芯片,具有信号的处理能力。在实现过程中,工作电压测试方法的各步骤可以通过处理器601中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器601可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP,Digital SignalProcessor),或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。处理器601可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤,可以直接体现为硬件译码处理器执行完成,或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于存储介质中,该存储介质位于存储器602,处理器601读取存储器602中的信息,结合其硬件完成本发明实施例提供的工作电压测试方法的步骤。
在示例性实施例中,工作电压测试设备600可以被一个或多个应用专用集成电路(ASIC,Application Specific Integrated Circuit)、DSP、可编程逻辑器件(PLD,Programmable Logic Device)、复杂可编程逻辑器件(CPLD,Complex Programmable LogicDevice)、FPGA、通用处理器、控制器、微控制器(MCU,Micro ControllerUnit)、微处理器(Microprocessor)、或者其他电子元件实现,用于执行前述方法。
可以理解,本发明实施例的存储器602可以是易失性存储器或非易失性存储器,也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中,非易失性存储器可以是只读存储器(ROM,ReadOnly Memory)、可编程只读存储器(PROM,Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM,Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM,Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM,ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM,CompactDisc Read-Only Memory);磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。
易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory),其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明,许多形式的RAM可用,例如静态随机存取存储器(SRAM,Static RandomAccess Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM,SynchronousStatic RandomAccess Memory)、动态随机存取存储器(DRAM,Dynamic RandomAccessMemory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM,Synchronous Dynamic RandomAccessMemory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM,Double Data RateSynchronous Dynamic RandomAccess Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM,Enhanced Synchronous Dynamic RandomAccess Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM,SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM,Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在示例性实施例中,本发明实施例还提供了一种存储介质,即计算机存储介质,具体可为计算机可读存储介质,例如包括存储计算机程序的存储器602,上述计算机程序可由工作电压测试设备600的处理器601执行,以完成前述工作电压测试方法的步骤。计算机可读存储介质可以是FRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory、磁表面存储器、光盘或CD-ROM等存储器;也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备。
在本发明实施例中,所涉及的术语“第一”、“第二”等仅仅是用于区别类似的对象,不代表针对对象的特定的顺序或先后次序,可以理解地,“第一”、“第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序,以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种工作电压测试方法,其特征在于,所述方法包括:
采集无接收光信号时,对应各雪崩光电探测器APD偏置电压的APD暗电流;
确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子;
基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储;
基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子,包括:
基于APD的击穿电压、APD倍增因子典型值,以及与所述APD倍增因子典型值所对应的APD特定偏置电压,确定第一参数;
基于所述APD的击穿电压以及所述第一参数,确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率,包括:
基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子;
基于对所述品质因子的互补误差函数处理结果,确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的品质因子,包括:
在所述APD光接收组件的特征参数包括APD的响应度的情况下,基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流;
在所述APD光接收组件的特征参数包括APD光接收组件的带宽的情况下,基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流;
基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述APD倍增因子及所述APD的响应度,确定所述光信号产生的第一信号电流和第二信号电流,包括:
确定所述光信号中高电平信号对应的第一入射光功率,以及所述光信号中低电平信号对应的第二入射光功率;
基于所述第一入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第一信号电流;
基于所述第二入射光功率、所述APD倍增因子及所述APD的响应度的乘积值,得到所述光信号产生的第二信号电流。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子及所述APD光接收组件的带宽,确定所述光信号产生的第一噪声电流和第二噪声电流,包括:
确定APD的过量噪声因子;
在光信号的噪声中APD的噪声包括体暗电流噪声、表面暗电流噪声及信号散射噪声的情况下,确定所述第一信号电流对应的第一信号散射噪声,以及所述第二信号电流对应的第二信号散射噪声;所述第一信号散射噪声基于所述第一信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到,所述第二信号散射噪声基于所述第二信号电流、APD的过量噪声因子、APD倍增因子及APD光接收组件的带宽得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第一信号散射噪声及所述光信号的噪声中跨阻放大器TIA的噪声,确定所述光信号产生的第一噪声电流;所述体暗电流噪声基于所述APD暗电流得到;
基于所述体暗电流噪声、表面暗电流噪声、第二信号散射噪声及所述TIA的噪声,确定所述光信号产生的第二噪声电流。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述确定APD的过量噪声因子,包括:
获取APD的材料离化系数比,所述APD的材料离化系数比与APD的材料参数关联;
基于所述APD的材料离化系数比与所述APD倍增因子,确定所述APD的过量噪声因子。
8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述第一信号电流、第二信号电流、第一噪声电流及第二噪声电流,确定所述品质因子,包括:
基于所述第一信号电流和所述第二信号电流,确定所述第一信号电流与所述第二信号电流的差值;
基于所述第一噪声电流和所述第二噪声电流,确定所述第一噪声电流与所述第二噪声电流的和值;
基于所述差值与所述和值的比值,确定所述品质因子。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压,包括:
从对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率中,查找最小误码率;
基于误码率与APD偏置电压的对应关系,确定与所述最小误码率对应的APD偏置电压;
将所述最小误码率对应的APD偏置电压确定为适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
控制所述APD光接收组件在所述最佳工作电压下进行工作。
11.一种工作电压测试装置,其特征在于,所述装置包括:
采集单元,用于采集无接收光信号时,对应各雪崩光电探测器APD偏置电压的APD暗电流;
第一确定单元,用于确定对应各所述APD偏置电压的APD倍增因子;
第二确定单元,用于基于所述APD暗电流、所述APD倍增因子以及接收光信号时APD光接收组件的特征参数,分别确定对应各所述APD偏置电压的所述APD光接收组件的误码率;所述APD光接收组件的特征参数在数字信号处理器中存储;
第三确定单元,用于基于所述误码率,以及误码率与APD偏置电压的对应关系,确定适配所述APD光接收组件的最佳工作电压。
12.一种工作电压测试设备,其特征在于,所述设备包括:处理器和用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序的存储器;
其中,所述处理器用于运行所述计算机程序时,执行权利要求1至10任一项所述的工作电压测试方法的步骤。
13.一种存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10任一项所述的工作电压测试方法的步骤。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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