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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Messung optischer Multi-Port
Vorrichtungen wie Schalter, Cross-Connects, etc.
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Testen
optischer Multi-Port Vorrichtungen wie Cross-Connects zum Verbinden
einer Vielzahl von Ausgängen
mit einer Vielzahl von Eingängen
ist zu einer zunehmend wichtigen Aufgabe für die moderne optische Telekommunikationsindustrie
geworden. Da solche Multi-Port Vorrichtungen ein breites Spektrum
verschiedener optischer Verbindungsoptionen liefern, kann das Testen
oder Überprüfen jeder Option
und auch das Messen optischer Eigenschaften oder unerwünschter
Nebeneffekte extrem zeitintensiv werden. Wenn z. B. eine nxn-Cross-Connect (mit
n Eingängen
und n Ausgängen)
betrachtet wird, sollte jede der 2" oder sogar n! Schaltungsmöglichkeiten
getestet werden.
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Eine
Vorrichtung zum Testen optischer Multi-Port Vorrichtungen ist bekannt
aus DE3724334A1.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Testen
für optische
Multi-Port Vorrichtungen zu liefern. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungen
werden durch die abhängigen
Ansprüche gezeigt.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird eine zu testende optische Vorrichtung
(DUT) mit m Eingängen
(mit m= 1,2,3,..., M) und n Ausgängen
(mit n = 1,2,3,...,N) getestet durch Anlegen einer Vielzahl verschiedener
charakteristischer Stimulus-Signale an mindestens einen der m Eingänge. Ein Antwortsignal,
das an mindestens einem der n Ausgänge empfangen wird, wird zusammen
mit dem angelegten Stimulus-Signal oder zumindest einer Indikation
davon an eine Evaluierungseinheit gegeben. Die Evaluierungseinheit
ermittelt aus den empfangenen Antwortsignalen und der Stimulusindikation
eine Eigenschaft der DUT, wie eine optische Eigenschaft (z. B. einen Eingabeverlust,
Crosstalk oder Isolation) oder eine Überprüfung einer Vorrichtungseigenschaft
(z. B. eine Verbindung zwischen verschiedenen Pfaden oder Ein- und
Ausgängen,
eine Schaltermatrix, etc.) Die Stimulus-Signale sind so zu liefern,
dass das Nachverfolgen jedes entsprechend angelegten Stimulus-Signals
in einem empfangenen Antwortsignal ermöglicht ist – wenn z. B. jenseits Detektionsschwellenwerten
vorhanden. Der Begriff Nachverfolgen bedeutet Identifizieren zumindest
eines Teils des angelegten Stimulus-Signals in einem empfangenen
Antwort-Signal und kann auch eine quantitative Analyse des identifizierten
Teils in Bezug auf das angelegte Stimulus-Signal umfassen.
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Der
Begriff Indikation eines angelegten Stimulus-Signals bedeutet jede
Art von repräsentativer Information,
welche ermöglicht,
dieses Stimulus-Signal in dem Antwort-Signal nachzuverfolgen.
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Vorzugsweise
liefert jedes Stimulus-Signal ein einzigartiges Merkmal, welches
es ermöglicht,
jedes Stimulus-Signal – oder
Teile davon – in
jedem empfangenen Antwortsignal eindeutig zu identifizieren. Die
Fähigkeit,
Teile jedes angelegten charakteristischen Stimulus-Signals in jedem
der empfangenen Antwortsignale nachzuverfolgen erlaubt es, multiple
Stimulus-Signale
gleichzeitig oder zumindest im Wesentlichen gleichzeitig anzulegen,
was signifikant reduzierte Testzeit erlaubt.
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In
einer Ausführung
weist jedes Stimulus-Signal einen Trägeranteil und einen Identifikationsanteil
auf. Wenigstens entweder der Trägeranteil
oder der Identifikationsanteil weist ein einzigartiges Merkmal auf,
welches es ermöglicht,
jedes Stimulus-Signal – oder
Teile davon – in
jedem empfangenen Antwortsignal eindeutig zu identifizieren. In
einer Ausführung
ist der Trägeranteil
derselbe – oder
im Wesentlichen derselbe – für alle oder
einige der angelegten Stimulus-Signale, es können jedoch auch variierende
Trägeranteile
angelegt werden. Die einzigartigen Teile sind so auszusuchen, dass
diese klar und eindeutig in dem/den Antwortsignalen) nachzuverfolgen
sind. In anderen Worten: das Nachverfolgungs-oder Identifikationsschema,
das vorgesehen ist zum Evaluieren der(s) Antwortsignals(e), muss angepasst
werden an den Identifikationstyp wie in den Identifikations-Anteilen
angewandt.
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Während im
wesentlichen jedes adäquate Identifikationsschema
angewendet werden kann zum Vorsehen des einzigartigen Identifikationsteils,
wurde herausgefunden, dass insbesondere Modulation (z. B. Intensitäts-, Amplituden-,
Phasen- oder Frequenzmodulation) ein sehr effektives Nachverfolgen
ermöglichen
kann, insbesondere passend beim Detektieren der(s) Antwortsignals(e)
mit Standardenergiemetern, welche Sensibilität hauptsächlich mit Bezug auf angewendete
optische Energie liefern. Jedoch können auch andere Identifkationsschemata
angewendet werden wie Coding (z. B. mit einzigartigem Dateninhalt),
etc.
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Während der
Trägeranteil
des Stimulus-Signals im Wesentlichen derselbe sein kann und sogar abgeleitet
von derselben Quelle, können
dieselben Applikationen unterschiedliche Trägeranteile verlangen. Insbesondere,
falls die DUT verschiedene Pfade (z. B. Übertragungspfade) für unterschiedliche Wellenlängen liefert,
können
unterschiedliche Trägeranteile
für unterschiedliche
Wellenlängen
angewendet werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführung,
in welcher die DUT mindestens zwei Eingänge aufweist, empfängt jeder
der zwei oder mehr (und vorzugsweise alle) Eingänge ein unterschiedliches Stimulus-Signal mit
einem gemeinsamen Trägeranteil
aber einem einzigartigen Identifikationsanteil.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführung,
in der die DUT mindestens einen trägersensitiven Eingang hat (z.
B. das Verhalten der DUT hängt
ab von dem angelegten Trägeranteil),
empfängt
der trägersensitive
Eingang mindestens zwei unterschiedliche Stimulus-Signale, von denen
jedes einen unterschiedlichen Trägeranteil
und/oder einen unterschiedlichen einzigartigen Identifikationsanteil
hat. In einem Beispiel mit einer DUT mit unterschiedlichen Übertragungspfaden
für unterschiedliche
Wellenlängen
weist jeder Trägeranteil,
der gleichzeitig angelegt wird, einen Trägeranteil mit einer unterschiedlichen Wellenlänge auf.
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In
einer Ausführung
weist der Träger
einer Vielzahl von Stimulus-Signalen eine Vielzahl von unterschiedlichen
Trägeranteilen
auf, aber jedes angelegte Stimulus-Signal hat einen unterschiedlichen einzigartigen
Identifikationsanteil. Dies kann z. B erreicht werden durch Anwenden
einer Breitbandquelle, welche schon die Vielzahl unterschiedlicher
Trägeranteile
vorsieht.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
ist der einzigartige Identifikationsanteil jedes Stimulus-Signals vorgesehen
durch Anwenden eines Modulationsschemas wie in der Technik bekannt.
Vorzugsweise ist eine Amplitudenmodulation vorgesehen durch Modulieren
eines Trägersignals,
welches den Trägeranteil
darstellt. Die Amplituden-Modulation kann vorgesehen werden durch
Modulieren der Intensität
des Trägersignals.
Die Antwortsignale können
detektiert werden durch Verwenden konventioneller Energiemeter (z.
B. mit Photodioden) zum Konvertieren der empfangenen optischen Signale
in elektrische Signale. Die Evaluierungseinheit kann verschiedene
in der Technik bekannte Evaluierungsverfahren anwenden zum Verfolgen
einzigartiger Identifikationsanteile, oder Teilen davon, in jedem
empfangenen Antwortsignal. Daher und mit dem Wissen über jedes
unterschiedliche Stimulus-Signal und ihre Verteilung an den/die
DUT Eingang/gänge,
kann die Evaluierungseinheit die erforderliche Eigenschaft der DUT
ermitteln (z. B. als Eingabeverlustjedes Übertragungspfads, Crosstalk
oder Isolation zwischen den unterschiedlichen Übertragungspfaden, oder Überprüfung eines
Verbindungsschemas (erwartet oder unerwartet) zwischen Ein- und
Ausgängen.
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Vorteilhafte
Beispiele für
Evaluierungsverfahren im Zeitbereich sind synchrone Demodulation, Korrelation,
Regressionsalgorithmen (z. B. 3 Parameter-Fit). Vorgeschaltete Verfahren
wie Transfer auf Zwischenfrequenz (ZF) oder Filterbänken können zusätzlich angewendet
werden oder alternativ. Im Frequenzbereich kann z. B. Fourier Transformation
(z. B. Schnelle (Fast) Fourier Transformation – FFT) oder Korrelation angewendet
werden. Es ist jedoch klar, dass andere oder multiple Evaluierungsverfahren
entsprechend angewendet werden können.
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Amplitudenmodulation
ist besonders nützlich,
da die Umwandlung von optischen in elektrische Signale wie durch
die meisten allgemein erhältlichen Detektoren
(z. B. Photodioden) vorgesehen, im Allgemeinen sehr sensitiv ist
gegenüber
Variationen in der Intensität
aber normalerweise weniger sensitiv in Bezug auf Wellenlängenvariationen
in dem optischen Signal.
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In
einer vorteilhaften Ausführung,
welche Amplitudenmodulation einsetzt, deckt die Modulationsfrequenz
vorzugsweise den sub-ultrasonischen Bereich ab, vorzugsweise in
dem Bereich kleiner als 100 MHz. Jedoch ist die Anwendung der Modulationsfrequenzbereiche
im Allgemeinen nur durch die Bandbreite involvierter Komponenten
limitiert. Wenn Technologie nach Stand der Technik verwendet wird, ist
der am meisten limitierende Faktor die Vorrichtung zum Messen von
Lichtintensität
mit einer vorgegebenen Eingabebandbreite (z.B. die Photodiode).
Die maximale Modulationsfrequenz ist daher im Allgemeinen limitiert
auf Fmax <=Fs/4,
wobei Fs die Probenrate der Energiewerte ist, Fmax die höchste vorteilhafte
Modulationsfrequenz. Die Eingabebandbreite eines verwendeten Powermeters
ist im Allgemeinen grob in dem Bereich von Fs/4.
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Die
mindestens zwei unterschiedlichen charakteristischen Stimulus-Signale
werden vorzugsweise parallel angewendet, z. B. gleichzeitig oder
zumindest im Wesentlichen gleichzeitig (d.h. innerhalb einer kurzen
Zeitperiode). Klar ist, dass das Vorsehen von Stimulus-Signalen
nach der Erfindung, welche unabhängig
nachverfolgbar sind innerhalb jedes empfangenen Antwortsignals, es
erlaubt, solche Stimulus-Signale parallel vorzusehen. Dies erlaubt
es, Testzeit wesentlich zu reduzieren insbesondere beim Testen von
mxn Vorrichtungen mit hoher Anzahl von Eingängen und/oder Ausgängen oder
wenn die Vorrichtung eine hohe Zahl von zu testenden möglichen Verbindungen
vorsieht. Klar ist jedoch, dass die Stimulus-Signale auch sequentiell
oder in einem pseudo-parallelen Mode vorgesehen sein können.
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Die
Erfindung wurde insbesondere als nützlich empfunden für das Testen
optischer Multi-Port-Vorrichtungen wie optische Cross-Connects, optische
Schalter oder Schalteranordnungen insbesondere wenn eine hohe Zahl
von Eingängen und/oder
Ausgängen
erreicht werden. Im Falle eines Schalters mit m Eingängen und
n Ausgängen,
wobei ein Übertragungspfad
zwischen einem Eingang und einem Ausgang entweder geschlossen oder
geöffnet werden
kann, ist im Allgemeinen eine Messung mit gleichzeitigem Anlegen
verschiedener Stimulus-Signale an jedem der m Eingänge und
wenn alle Übertragungspfade
verbunden sind, ausreichend z. B. zum Liefern von Verlust- oder Crosstalk-Messungen des
gesamten Schalters. Im Falle einer optischen Cross-Connect zum Leiten
jedes der m Eingänge
zu einem auswählbaren
der n Ausgänge,
ist das Vorsehen von m Messungen im Allgemeinen entsprechend ausreichend.
Es ist jedoch klar, dass jede mxn Multi-Port Vorrichtung gemäß der Erfindung
getestet werden kann.
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Es
ist klar, dass die Erfindung ganz oder teilweise ausgeführt oder
unterstützt
werden kann durch ein oder mehrere Softwareprogramme, welche gespeichert
werden können
oder anderweitig zur Verfügung
gestellt durch jede Art von Datenträger, und welche ausgeführt werden
können
in oder durch jede passende Datenverarbeitungseinheit. Softwareprogramme
oder -routinen werden im Allgemeinen angewendet zum Kontrollieren
der Anwendung und/oder Lieferung der Stimulus-Signale (z. B. Kontrollieren
einer oder mehrerer Signalquellen und/oder Modulationseinheiten),
oder zum Evaluieren der Antwortsignale (z.B. durch die Evaluierungseinheit).
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Aufgagen und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden im Folgenden gewürdigt
und besser verständlich
durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den
begleitenden Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktional
gleich oder ähnlich sind,
werden mit denselben Referenzzeichen bezeichnet.
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1 zeigt eine vorteilhafte
Ausführung
der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt
ein schnelles Verfahren zum Testen einer optischen Schalteranordnung
und die 3 zeigen andere
Testschemata.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In 1 ist eine zu testende Vorrichtung (DUT) 10 mit
m Eingängen
und n Ausgängen
zu testen (mit m,n = 1,2,3,...,N). Jeder der m Eingänge empfängt ein
unterschiedliches und charakteristisches Stimulus-Signal Si (mit i = 1,2,3,...,m) und jeder der n Ausgänge liefert
ein Antwortsignal Rj (mit j = 1,2,3,...,n).
Jedes Antwortsignal Rj wird empfangen durch
einen entsprechenden Detektor 20-j, und die detektierten Antwortsignale
werden an eine Evaluierungseinheit 30 gegeben. Die Evaluierungseinheit 30 empfängt darüber hinaus
jedes Stimulus-Signal Si oder zumindest
eine Indikation jedes Stimulus-Signals Si,
was es ermöglicht,
jedes angelegte Stimulus-Singal Si (oder
einen entsprechenden Teil davon) in den Antwortsignalen Rj eindeutig zu identifizieren.
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Im
Betrieb werden alle Stimulus-Signale Si an
die DUT 10 parallel angelegt (vorzugsweise gleichzeitig),
und die resultierenden Antwortsignale Rj werden
durch jeden entsprechenden Detektor 20-j detektiert und an die Evaluierungseinheit 30 gegeben.
Unter Verwendung des Wissens um den einzigartigen Charakter jedes
Stimulus-Signals Si evaluiert die Evaluierungseinheit 30 die
Antwortsignale Rj zum Ableiten mindestens
einer optischen Eigenschaft der DUT 10. Solche optischen
Eigenschaften können
z.
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B.
Eingabeverlust, Crosstalk, Isolation oder Verifizierung eines erwarteten Übertragungspfads zwischen
Ein- und Ausgang sein.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
wird jedes erwartete Stimulus-Signal Si durch
eine entsprechende Modulationseinheit 40-i vorgesehen. Jede Modulationseinheit
40-i empfängt
ein Trägersignal
Ci und ein Modulationssignal Mi und
liefert daher das Stimulus-Signal Si.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
liefert jede Modulationseinheit 40-i eine Amplitudenmodulation zum
Modulieren der Lichtintensität
der angelegten Trägersignals.
In dieser Ausführung
können
die Trägersignale
Ci dieselben sein oder zumindest im Wesentlichen
dieselben und können
sogar von derselben Quelle abgeleitet werden. In diesem Fall kann
es ausreichend sein, nur die Modulationssignale Mi zu liefern
oder eine entsprechende Indikation oder Darstellung davon wie eine
Modulationsfrequenz fi, als Indikation für jedes
einzigartige Stimulus-Signal Si.
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In
der Ausführung,
welche Amplitudenmodulation verwendet, können die Detektoren 20-j z.
B. durch konventionelle Photodioden ausgeführtwerden. Die Evaluierungseinheit 30 detektiert
dann Frequenzanteile fi in jedem der Antwortsignale
Rj. Die rechte Seite der 1 zeigt ein Beispiel mit detektierten
Frequenzanteilen f1 und fm,
welche resultieren aus den Stimulus-Signalen S1 und
Sm. In Abhängigkeit von der Anwendung
kann die Evaluierungseinheit 30 Eingabeverlust, Isolation
oder Crosstalk bestimmen durch Verarbeiten der Intensitäten der
empfangenen Frequenzanteile in Kombination miteinander. Solches
Verarbeiten ist in der Technik wohl bekannt und braucht hier nicht
im Detail erklärt
werden. Typische Algorithmen können
Korrelations- oder Fourier-Transformation (z.B. Verwenden von Fast Fourier
Transformation) im Frequenzbereich sein, oder z. B. synchrone Demodulation,
Korrelation, Regressionsalgorithmen wie 3-Parameter-Fit (sie können zusätzlich kombiniert
werden mit vorgeschalteten Verarbeitungsverfahren wie Transfer auf
unmittelbare Frequenz (ZF) oder Filterbänke).
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Eine
vorteilhafte Ausführung
zum Testen einer Schalteranordnung 100 wird in Bezug auf 2 gezeigt, welche ein allgemeines
Modell insbesondere für
sogenannte 3D Mems darstellt. Der optische Schalter 100 in
dieser Ausführung
hat vier Eingänge I1, I2, I3,
I4 und vier Ausgänge O1,
O2, O3, O4. Es ist jedoch klar, dass die Zahl von
Eingängen
und Ausgängen
nicht limitiert ist. Jeder der Eingänge kann mit jedem der Ausgänge verbunden
werden. Eine mögliche
Verbindung z. B. zwischen Eingang I1 und
Ausgang O1 wird in 2 durch einen Schalter 110 gezeigt.
Klar ist auch, dass jede andere Verbindung entsprechend vorgesehen
werden kann.
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Zum
Testen der Schalteranordnung 100 sind vier Messungen jede
mit gleichzeitigem Anlegen verschiedener charakteristischer Stimulus-Signale
S1-S4 an die Eingänge I1–I4 vorgesehen. Die entsprechenden Antwortsignale
R1-R4 werden an den Ausgängen O1–O4 gemessen. Jede Messung misst vorzugsweise
eine Leitung der Matrixverbindungsstruktur der Schalteranordnung 100.
Dies erklärt
die Zahl von vier Messungen in dem 4 × 4-Schalterbeispiel der 2. Entsprechend erfordert eine mxm Schalteranordnung
mindestens m Messungen.
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3A zeigt die Grundzüge zum Testen
einer Multiplex – oder
Demultiplex-Vorrichtung 200.
Ob die Vorrichtung 200 als Multiplexer oder Demultiplexer
vorgesehen ist, hängt
von der Richtung zum Betreiben der Vorrichtung 200 ab,
oder- in anderen Worten – ob
Signale (in 3A) von
der linken (Multiplexer) oder rechten (Demultiplexer) Seite angelegt
werden.
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In
diesem Multiplex-Modus hat die Vorrichtung 200 einen Eingang,
aber n Ausgänge.
Ein Signal, das an dem Eingang (linke Seite) der Vorrichtung 200 angelegt
wird, wird an einen oder mehrere seiner n Ausgänge (rechte Seite) geleitet,
abhängig
von der Konfiguration und der Wellenlänge(n) des Eingangssignals.
Zum Testen der Vorrichtung 200 wird eine Vielzahl von Stimulus-Signalen,
jedes mit unterschiedlicher Wellenlänge des Trägersignals und einem unterschiedlichen
einzigartigen Identifikationsanteil, gleichzeitig an den Eingang
gegeben. Die Antwortsignale Rj werden detektiert
und analysiert in Übereinstimmung
mit dem oben Ausgeführten.
Zum Testen der Vorrichtung 200 in ihrem Multiplex-Modus ist
das Stimulus-Signal Sj von der rechten Seite
in 3A vorgesehen und
die Signalantworten Rj werden an der linken
Seite der Vorrichtung 200 detektiert.
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Dieselben
Grundzüge
wie in Bezug auf die 3A beschrieben
zum Testen der Multiplex-/Demultiplex-Vorrichtung 200 können auch
angewendet werden zum Testen einer optischen Cross-Connect wie in 3B gezeigt. Die optische
Cross-Connect weist eine 1xm Multiplex-Vorrichtung 200 auf
zum Multiplexen eines Eingangs an m Ausgänge, eine mxn Schalteranordnung 100 zum
Schalten von m Eingängen
an n Ausgänge
und eine nx1 Demultiplex Vorrichtung 200 zum Demultiplexen
von n Eingängen zu
einem Ausgang.