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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren des Testens eines opto-elektrischen
Wandlers, der ein optisches Eingangssignal empfängt und ein elektrisches Ausgangssignal
bereitstellt. Solche Wandler werden typisch in breitbandigen optischen
Datenkommunikationsnetzwerken hoher Geschwindigkeit verwendet, welche
weit verbreitete Anwendung bei der Übertragung von Audio- und Video-Daten
gefunden haben.
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Opto-elektrische
Wandler sind Komponenten, die ihr elektrisches Ausgangssignal abhängig von
einem optischen Eingangssignal verändern, z.B. Fotowiderstände, Fotodioden
oder Fototransistoren. Sie werden typisch als hochintegrierte Halbleiterkomponenten
mit einer hochkomplizierten Prozedur hergestellt, welche die Produktion
von großen
Mengen zu geringen Kosten ermöglicht.
Der Herstellungsprozess produziert aufgrund seiner Komplexität häufig Ausfallraten
im Bereich von 0,5% bis 5%. Als Konsequenz daraus wird jede Komponente
vor der Auslieferung durch Anlegen eines Testsignals und Beobachten
des Ausgangssignals getestet, um zu bestimmen, ob es innerhalb eines
vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Jedoch wurde erkannt, dass
der konventionelle Leistungstest insoweit unzureichend ist, als
bestimmte Ausfälle
in dem Wandler nur in Kombination mit speziellen Umgebungsbedingungen
auftreten. Jedoch ist die Durchführung
von Leistungstests unter Vorsehen verschiedener Umgebungseinflüsse (z.B.
Temperaturveränderungen)
sehr zeitraubend und kostenintensiv.
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Folglich
werden in vielen Fällen
Test unter Berücksichtigung
der Umgebungsbedingungen nur mit sehr wenigen Exemplaren und nur
gelegentlich durchgeführt,
um die Produktion stichprobenartig zu überprüfen. Jedoch ist auch diese
Prozedur unbefriedigend, da sie höchst unzuverlässig ist
und beträchtliche
Zeit benötigt,
um Ausfälle
zu erkennen.
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U.S.
5652268 legt ein System und ein Verfahren für den Test eines opto-elektrischen
Moduls offen, der aus einem Sender und einem Empfänger besteht.
Dieses System ist in der Lage, verschiedene Parameter automatisch
zu messen, die dem Sender und/oder dem Empfänger des Moduls zugeordnet sind,
wobei diese Parameter unter Anderem die durch schnittliche Sendeleistung
und die Empfängerempfindlichkeit
umfassen. Eine Unterroutine dient zur Messung der Empfängerempfindlichkeit
durch Messen der Bitfehlerraten in Reaktion auf das Anlegen von
drei unterschiedlichen Werten der optischen Leistung an den Empfänger. Auf
der Basis der gemessenen Bitfehlerraten wird die Empfängerempfindlichkeit
bestimmt, was zu einer Entscheidung führt, ob eine Komponente gut
oder fehlerhaft ist.
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Deshalb
erhebt sich ein Bedarf für
ein Testverfahren, das in der Lage ist, schnell und zuverlässig Ausfälle in opto-elektrischen
Wandlern zu erkennen, um zwischen guten und schlechten Komponenten
zu unterscheiden.
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Die
Erfindung sieht ein Verfahren des Tests opto-elektrischer Wandler
vor, wie in Anspruch 1 vorgestellt. Die Erfindung basiert auf dem
Gedanken, optische Eingangssignale mit zwei unterschiedlichen Tastverhältnissen
an die zu testende Vorrichtung (DUT, device under test) anzulegen,
und die Ausgangssignale als Reaktion darauf auszuwerten. Durch Verändern des
Tastverhältnisses
entweder durch ein vorbestimmtes Muster oder dynamisch und Auswerten
des Ausgangssignals ist es bereits möglich, gute und schlechte Komponenten
zu unterscheiden, da die Ausgangssignale eines jeden zu testenden
Wandlers durch diese Anregung beeinflusst wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung in weiterem Detail mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
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1 eine
Schaltkreisanordnung für
das Testen eines opto-elektrischen Wandlers;
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2 ein
Flussdiagramm, das die Schritte eines Testverfahrens unter Anwendung
eines Eingangssignals mit einem Parameter aus dem Anwendungsbereich
veranschaulicht;
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3 ein
Flussdiagramm, das die Schritte eines Testverfahrens unter Anwendung
eines modulierten Eingangssignals mit einer nicht modulierten Komponente
veranschaulicht;
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4 ein
Flussdiagramm, das die Schritte eines Testverfahrens unter Anwendung
einer Veränderung
des Tastverhältnisses
veranschaulicht; und
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5 veranschaulichende
Beispiele für
Veränderungen
des Tastverhältnisses
aus dem spezifizierten Anwendungsbereich.
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1 zeigt
einen opto-elektrischen Wandler 100, der als eine Komponente
in optischen Datenbussystemen für
Audio- und Video-Übertragung
verwendet wird. Solche optischen Datennetzwerke sind in weit verbreitete
Verwendung gekommen und werden typisch standardisiert, wie in IEEE
1394, D2B Optical, BYTEFLIGHT, FLEXRAY, MOST oder SPDIF.
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In 1 wird
der Wandler 100 exemplarisch mit einer gestrichelten Linie
gezeigt und umfasst eine Fotodiode 101. Die Fotodiode 101 nimmt
eine positive Spannung Vcc auf und erzeugt
einen Eingangsstrom Iin, der fließt, wenn
ein optisches Signal von ihrer lichtempfindlichen Oberfläche empfangen
wird. Der Eingabestrom Iin wird anschließend in
einem Strom/Spannungswandler 103 umgewandelt, bevor er über einen
Eingangswiderstand 107 dem invertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers
mit einem Rückwirkungswiderstand 106 zugeführt wird. Der
Ausgang des Operationsverstärkers
wird einem Analog-/Digital-Wandler
für die
Ausgabe eines digitalen Signals zugeführt.
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Wie
durch die gestrichelte Linie angezeigt, sind die internen Signale
nicht von außen
zugänglich. Der
Wandler ist mit einem Decodierer oder einer CPU 108 verbunden.
Ferner umfasst eine typische Testanordnung eine Speicher-und-Auswerte-Einheit 109, um
zu bestimmen, ob der aktuell zu testende Wandler ein gutes oder
ein ausfallendes Exemplar ist.
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2 veranschaulicht
die Schritte eines Testverfahrens unter Anlegen eines Eingangssignals mit
einem Parameter, der außerhalb
eines spezifizierten Anwendungsbereichs liegt. Insbesondere wird
ein Eingangssignal an die zu testende Vorrichtung angelegt, das
außerhalb
eines spezifizierten Anwendungsbereichs liegt, welcher definiert
ist durch die Grenzen der normalen Betriebskennwerte des Wandlers
(Schritt 201). Z.B. könnte
der spezifizierte Bereich für
einen normalen Betrieb ein Tastverhältnis von 45% bis 55% sein.
In diesem Fall könnte
ein Signal mit einem niedrigen oder einem hohen Tastverhältnis außerhalb
des spezifizierten Bereichs, z.B. 30% oder 70%, angelegt werden,
wie in 5 veranschaulicht wird.
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Das
jeweilige Ausgangssignal des Wandlers wird in Schritt 202 gespeichert
und ausgewertet. Z.B. könnte
die zeitliche Verzerrung oder das in dem Ausgangssignal enthaltene
Rauschen gespeichert und mit mindestens einem Nennwert für einen
gegebenen Toleranzbereich verglichen werden. Daher wird durch Anlegen
eines spezifischen, anregenden Eingangssignals, das möglicherweise
selbst den spezifizierten Anwendungsbereich der zu testenden Vorrichtung
verletzt, vorausgesetzt, dass die Vorrichtung durch dieses Signal
nicht beschädigt
wird, der interne Gleichgewichtsmechanismus des Wandlers derart beeinflusst,
dass ein signifikanter Unterschied in der Leistung guter oder schlechter
Exemplare auftritt. Dies ermöglicht,
gute und schlechte Exemplare sehr leicht voneinander zu trennen
(Schritt 203), ohne dass Umgebungseinflüsse, wie Temperaturveränderungen,
in einer spezifischen Kombination herbeigeführt werden müssen.
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In 3 wird
eine Variante des Testverfahrens gezeigt. Während in dem in 2 veranschaulichten
Testverfahren ein Eingangssignal mit einem Parameter außerhalb
des Anwendungsbereichs an die zu testende Vorrichtung angelegt wird,
wird in dem in 3 gezeigten Verfahren ein Eingangssignal
mit einer überlagerten,
nicht modulierten Komponente an den Wandler in Schritt 301 angelegt.
Dies erreicht einen ähnlichen
Effekt wie die Anwendung eines Eingangssignals "jenseits der Grenzen" normaler Betriebsweise, nämlich die
Verschiebung des internen Gleichgewichts der Vorrichtung entsprechend
der Größe des nicht
modulierten optischen Eingangssignals. Folglich kann nach Auswertung des
Ausgangssignals (Schritt 302) das Ergebnis der Testprozedur
in Schritt 303 leicht bestimmt werden.
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4 veranschaulicht
eine Testprozedur, die eine Modifikation des Tastverhältnisses
des Eingangssignals umfasst. Während
konventionelle Verfahren nur eine Testprozedur mit einem festen
Tastverhältnis
in der Nähe
desjenigen bei aktuellem Betrieb anlegen, wird das Tastverhältnis mindestens einmal
verändert.
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Nach
dem anfänglichen
Einstellen des Tastverhältnisses
in Schritt 401 wird in einem ersten Auswertungsschritt
geprüft,
ob das Ausgangssignal innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs liegt (Schritt 402).
Falls das Ergebnis bereits negativ ist, wird bestimmt, dass in der
zu testenden Vorrichtung ein Ausfall erkannt wurde. Falls das Ausgangssignal innerhalb
des zulässigen
Bereichs liegt, wird das Tastverhältnis des Eingangssignals in
Schritt 403 modifiziert, wie angezeigt. Anschließend wird
erneut geprüft,
ob das Ausgangssignal innerhalb des zulässigen Toleranzbereichs liegt
(Schritt 404). Falls das Ergebnis negativ ist, d.h. falls
das Ausgangssignal außerhalb
des zulässigen
Toleranzbereichs liegt, wird bestimmt, dass die zu testende Vorrichtung
ein schlechtes Exemplar ist. Schließlich wird in Schritt 405 geprüft, ob alle
Parameter getestet worden sind. Falls das zutrifft, wird entschieden,
das die zu testende Vorrichtung ein gutes Exemplar ist, sonst wiederholt
die Prozedur die Schritte 403 bis 405.
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5 zeigt
in der oberen Hälfte
ein Beispiel für
ein Tastverhältnis
und für
den spezifizierten Anwendungsbereich, der durch die Grenzen eines
normalen Betriebs definiert ist. Insbesondere ist das Tastverhältnis nahe
50% mit einem Schwankungsbereich von 5%. In der unteren Hälfte von 5 werden die
Eingangssignale der Testprozedur nach der Erfindung gezeigt. Wie
daraus offensichtlich ist, nimmt das Tastverhältnis entweder einen niedrigen
oder einen hohen Wert an (z.B. 30% bzw. 70%), was klar außerhalb
des spezifizierten Anwendungsbereichs ist. Solche extreme Einstellungen
des Tastverhältnisses des
Eingangssignals beschädigen
nicht den Wandler, aber sie beeinflussen den internen Gleichgewichtsmechanismus
auf eine Weise, dass der Unterschied in der Leistung zwischen guten
und schlechten Exemplaren sofort offensichtlich wird. Folglich kann
ein schnelles und zuverlässiges
Testen der Wandler durchgeführt
werden ohne eine Kombination von Umgebungsbedingungen herbeizuführen.