多通道测试评估光模块收发性能参数的装置的制作方法

1.本实用新型是涉及光通信领域中多通道、多速率一体化评估板，尤其是大量使用的1.25g~10.3125g光模块，为生产或研发测试时使用的一种多通道，多速率一体化评估板。


背景技术：

2.在光通信领域中，光模块是光纤通信中重要的组成之一，光模块类型很多，从封装上来说有sfp、sfp 、sff、gbic、xfp、qsfp的光模块，从速率上来说，sfp速率可达4gbps，xfp 速率可达10gbps，qsfp速率可高达100gbps。但就目前而言，sfp&sfp 仍然为市场常见的产品。准确来说，光模块是多种模块类别的统称，具体包括：光接收模块，光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。通常所说的光模块，一般是指光收发一体模块。按封装分类，传输速率越高的光模块，结构越复杂。交换机适用的封装类型有：sfp、esfp、sfp 、xfp、sfp28、qsfp 、cxp、cfp、qsfp28。所有光模块均支持热插拔。光模块是标准的光电转换器，是起到光电转换作用的一种连接模块，其中发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。光模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成。光电子器件包括发射(tx）和接收（rx）两部分。发射部分：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(ld)或发光二极管(led)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(apc)，使输出的光信号功率保持稳定；接收部分：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号。在将电信号转换为光信号时，是由光模块发射部分的激光器按照输入的电信号的码率来转换成光信号的。当发射器通过光纤与接收器连接时，如果整个系统的误码率没有达到预期的效果，是发射器的问题还是接收器的问题，又或许是发射器和接收器都有问题。事实上，光模块的发射器和接收器会相互影响，因此，光模块合格的标准是任何接收器都能接收到来自性能最差的发射器的光信号，任何发射器都能发射出能够被性能最差的接收器接收到的光信号。准确定义发射器或接收器的最差性能是一项复杂的工作，如果接收器需要接收到一定的功率才能达到系统的误码率的要求，那么，该功率就是发射器的最小发射功率。此外，还必须通过抖动测量和眼图测量来确认电气测量的质量。眼图测量是检查发射器输出波形的常见方法，因为眼图包含了丰富的信息，能够反映出发射器的整体性能。发射器的输出光信号必须用眼图测试、光调制振幅和消光比等光学质量指标来测量。需要测试接收器的电子输出信号，这种测试主要有三个种类：眼图测试，这样能保证眼图的“眼睛”处于张开状态。眼图测试通常由误码率的深度实现抖动测试，测试不同类型的抖动抖动跟踪和容限，测试内部时钟恢复电路对抖动的跟踪情况。总而言之，测试光模块是一项复杂的工作，但是也是保证其性能良好不可或缺的步骤。眼图测量作为一种广泛使用的测量方法，能有效测试光模块的发射器。而光模块的接收器测试则更加复杂一点，也需要更多的测试方法。
3.为了提高光纤通信系统中的光功率预测精度，光收发模块的性能参数测试是检验成品的重要工序，在光模块生产过程以及研发产品验证测试时，评估板是一种可为光模块供电，提供光模块内部寄存器访问接口和测试光模块收发性能参数的重要装置。光学性能
里面最重要的是光眼图，消光比，抖动，上升下降时间，margin值，光谱，osnr，rms谱宽，中心波长，oma。电学性能里面就是电眼图，接收端灵敏度，los等。影响光模块的性能指标主要有平均发射光功率、消光比、光信号中心波长、过载光功率、接收灵敏度、接收光功率，通过检测这些数值是否在正常的范围值内就可以判断光模块的性能。消光比是指全调制条件下激光器在发射全“1”码时的平均光功率与全“0”码时发射的平均光功率比值的最小值，单位为db。在发射光谱中，连接50%最大幅度值线段的中点所对应的波长。不同种类的激光器或同一种类的两个激光器，由于工艺、生产等原因都会有中心波长的差异，即使同一激光器在不同条件下也可能会有不同的中心波长。光模块最重要的性能参数：误码率（ber），毕竟光模块是在数据通信中使用，传输数据是它最主要的用途。光模块的最主要的测试也是围绕这个测试，像测试用例里的，测试板上模块过光纤，不过光纤的误码率，高低温下模块过光纤，不过光纤的误码率；在系统上运行时过光纤和不过光纤的误码率。光模块的很多性能测试都是围绕着误码率来进行测试的。一般情况下，速率越高接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光模块接收端器件的要求也越高。综合来讲，就是当接收光功率小于接收灵敏度，可能无法正常接收信号，因为光功率太弱了。当接收光功率大于过载光功率时，可能也无法正常接收信号，因为存在误码现象。人工测试需要测试人员具有很高的专业技术要求，测试效率低，容易出错，仪表误操作容易损坏。
4.随着光通信技术的快速发展，光通信系统中的光模块的需求量日益递增。由于光模块的测试指标繁多，不同指标的测试需要使用不同的测试仪器并相应搭建不同的测试平台，由此产生的频繁的光纤连接、设备更替等工作势必造成大量的人力成本，且随着产品量产，测试工作量的增大，该生产方式将不能满足生产需求。在目前的生产测试过程中，基于多通道的光模块测试，主要测试光模块发端眼图：单个通道的评估板通过铜轴线连接外部信号发生器，再将光模块发端连接到示波器光输入接口；单个通道的评估板通过铜轴线连接外部独立信号发生器测试收端眼图，再将光模块收端连接到示波器电信号输入接口；单个通道的评估板通过铜轴线连接外部独立信号发生器，再将光模块发端连接到光谱仪光输入接口进行光谱测试；两个单通道评估板收发端通过铜轴线连接外部信号发生器的收发端进行收端灵敏度测试，信号经过同轴电缆线和多次sma 转接头转接后，信号质量变差，特别是同轴电缆线比较长的时候，信号质量下降的情况尤其明显；多次经sma连接头转接或者把一路调制信号经过1c (仪表芯片instrument chip)分成多路调制信号后，会不同程度的影响信号质量。同时传统的外接usb分路器，需使用四根usb线，一套完整的测试平台，搭建出来的效果很是凌乱，台面上会存在很多线缆。流水线作业需要的工位也相对繁多，对于设备数量和人员数量的要求也会相应提升。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对上述生产现有测试平台存在的不足之处，提供一种更方便快捷，灵活性高，更整洁的一种多通道，多速率光模块一体化评估板，在效率上也能使操作人员单日产能增加一倍左右。
6.本实用新型的上述目的可以通过以下技术方案予以实现：一种多通道测试评估光模块收发性能参数的装置，包括：两块相同的多速率多通道光模块的评估板，集成在每块评估板上至少4个sfp&sfp 接口的光模块插座、电信号片选器、信号源模块、usb-hub芯片和状
态指示灯，其特征在于：两块评估板一块作为评估测试板，另一块作为光源板，评估测试板通过sma接头相连光源板，usb-hub芯片直接在评估测试板内集成至少4路访问微控制器mcu和光模块接口的usb总线，至少4个光模块发端信号通过光纤传输到光开关输入接口，光开关通过统一的输出com口将光信号通过光纤传送到示波器的光输入接口，可测试光模块发端眼图的性能参数，可调衰减器组的输出端通过光纤传送到光模块的收端，形成成测试光模块收端灵敏度性能的回路，光开关输出端连接示波器光输入口，pc上位机通过串口连接去切换光开关的通道。实现轮巡测试至少4个光模块的发端眼图参数。
7.本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：
8.更加集成化，测试工位更加简洁。本实用新型将评估板与信号源集成到一起，光模块测试板通过板内走线方式实现所述测试控制主机与待测光模块的通信，使得所述测试控制主机能够通过电通信方式分别读取多个所述待测光模块的电参数。可以通过电信号片选器与sfp/sfp 光模块收端相连，通过内部通道的开或关选择四个sfp&sfp 光模块接口中的一个接口通断。再通过与示波器电眼图接口连接，可测试sfp/sfp 光模块的收端电眼图性能参数。只需一块板子便可实现对模块性能的测试，测试工位更加简洁。同时，由于板内集成了信号源芯片，使得测试人员进行光模块测试时无需使用铜轴线外接信号源，使得测试工位更加整洁，精简。评估板上的状态指示灯也能让测试人员直观的判断出模块当前的状态。这种集成化的测试板能让员工单日产能增加一倍左右，且对于工位的精简有着显著的作用。
9.灵活性高。本实用新型采用信号发生器产生的发端信号相连sfp&sfp 光模块接口，再通过示波器trigger接口与示波器连接上，便可测试模块发射端性能参数。可以采用由8个信号发生器产生的收端信号和8个光模块转换出的收端信号组成16个sma接头，两块相同的评估板sma接头相连就可形成回路用以测试模块收端性能。使用usb一分四芯片直接在板内集成4路访问mcu和sfp&sfp 接口的usb总线，仅需使用一根外部的usb线连接到电脑即可实现单独访问某个接口的功能更方便快捷。板内集成的usb-hub芯片，使得操作人员仅需要在上位机上选择不同的端口，就可以在使用一根usb线情况下访问板内的4个sfp&sfp 光模块。避免了传统的外接usb分路器，需使用四根usb线的缺陷。
10.本实用新型可以通过一个4路光开关连接到示波器光输入接口与4个sfp/sfp 光模块进行通信，通过选择4路光开关通道，测试至少4个sfp/sfp 光模块中的任意一个需要测试发端眼图的光模块，也可通过上位机编程实现4个sfp/sfp 光模块发端眼图的循环测试。4个sfp/sfp 光模块的发端连接到4个可调衰减器输入端，可调衰减器的输出端连接到4个sfp/sfp 光模块收端，可实现对4个sfp/sfp 光模块中任意一个光模块的收端性能测试，也可通过多线程运行的方式，实现同时测试4个sfp/sfp 光模块的收端性能。从而有效避免了由于铜轴线内部磨损造成的测试结果误差。
11.本实用新型通过板内设有统一的电信号输出接口，通过3个电开关芯片将4个sfp&sfp 光模块的输出电信号统一到一个输出接口上，通过选择电开关的通道，指定测试光通道输入光参数，可实现在一台示波器上测试4个sfp&sfp 光模块的收端电眼图。信号发生芯片支持1.25g至12.8g速率，且可以支持不同的通道不同速率使用，可同时使用两块评估板，一块光源板，一块测试板，光源板上4个sfp&sfp 光模块的发光通过多通道衰减器接入测试板上的4个sfp&sfp 光模块的收端，测试板的4个sfp&sfp 光模块的发光通过1分4的光开关
接入示波器，便可实现4个模块的发端以及收端的各项基本性能参数。使得低速与高速光模块可在同一块评估板上测试，极大的节约了更换设备的时间。
附图说明
12.图1是本实用新型多通道多速率一体化评估板的原理框图。
具体实施方式
13.参阅图1。在以下描述的示意性优选实施例中，一种多通道测试评估光模块收发性能参数的装置，包括：两块相同的多速率多通道光模块的评估板，集成在每块评估板上至少4个sfp&sfp 接口的光模块插座、电信号片选器、信号源模块、usb-hub芯片和状态指示灯，其特征在于：两块评估板一块作为评估测试板，另一块作为光源板，评估测试板通过sma接头相连光源板，usb-hub芯片直接在评估测试板内集成至少4路访问微控制器mcu和光模块接口的usb总线，至少4个光模块发端信号通过光纤传输到光开关输入接口，光开关通过统一的输出com口将光信号通过光纤传送到示波器的光输入接口，可测试光模块发端眼图的性能参数，可调衰减器组的输出端通过光纤传送到光模块的收端，形成成测试光模块收端灵敏度性能的回路，光开关输出端连接示波器光输入口，pc上位机通过串口连接去切换光开关的通道。实现轮巡测试至少4个光模块的发端眼图参数。
14.评估测试板设有连接示波器输入接口的时钟接口trigger、和连接示波器光输入光口的光开关1光输出com端口。光开关1上设有对应评估测试板的tx端口，t1、t2、t3、t4端口，t1、t2、t3、t4端口分别相连评估测试板的tx端口。评估测试板的第一rx端口连接衰减器1输出端out，第二rx端口连接连接衰减器2输出端out，评估测试板的第三rx端口连接衰减器3的输出端out，第四rx端口连接衰减器4的输出端out。光源板的第一、第二、第三、第四tx分别连接衰减器1、衰减器2、衰减器3、衰减器4的输入端in。评估测试板和光源板上的t1、t2、t3、t4分别连接各自信号源的t1、t2、t3、t4
15.光模块将收到的光信号转换为电信号后经由电信号片选器将转换出的电信号分为两组，一组用于测试光模块灵敏度，一组用于测试光模块电眼图，通过pc上位机切换不同的通道，实现同步测试至少4个光模块的灵敏度或电眼图性能参数。
16.至少4颗微控制理器mcu作为主控芯片，通过评估测试板上的时钟信号输出接口对接示波器的时钟信号输入接口，切换光开关对多通道上的光模块接口、电源芯片、信号源模块和状态指示灯进行控制，以多线程的方式，对多路光开关的每一个光路的光路损耗进行测试，同时测试至少4组待测光模块收端电眼图性能参数或光模块发射端光眼图性能参数，并将其记录在配置文件中。
17.pc上位机为pc测试控制主机，光开关为多路光开关，待测光模块为需要测试性能参数的光模块，待测光模块的输出接入到多路光开关，衰减器的输出端接待测光模块的输入端rt，在pc测试控制主机的控制下，多路光开关选择性导通多个测试光通道中的任意一个，从而对选择导通的测试光通道中的待测光模块进行测试。
18.pc上位机指定测试光通道中待测光模块的输入光参数，使其到达目标值rn1，通过逐步调节可调衰减器组的衰减值,同步读取待测光模块的接收功率rti，当rti的功率等于目标功率rt时，即完成了待测光模块输入光功率的调节。可调衰减器组调整光源模块输出
到待测光模块的光信号的强度，其调整范围为0-50db线性可调；待测光模块和光源之间可先设置一个固定10db衰减器，以防止待测光模块过载，导致收端器件损坏。
19.在光功率的调节中，pc上位机同时读取输入光参数测试设备所探测到的光功率p1，当p1＝rn1 l1时，即达到调节第一个待测光模块输入光功率的目的，其中，l1为第一多路光开关的第一路光路的光路损耗。
20.多路光开关可以是8入1输出光开关，至少一个测试光通道上设置有待测光模块的输入接口，形成可由pc测试控制主机选择性导通的多个测试光通道。多路光开关在pc测试控制主机的控制下，将从待测输出的测试光信号选通示波器的光输入接口，对该测试光通道上相应的待测光模块进行功率和眼图参数测试；可调衰减器以调整光源模块输出到待测光模块的光信号的强度，4颗微控制理器mcu通过i2c通信接口，控制信号源模块；上位机通过串口线控制1*8光开关，通过usb线控制光模块测试板，光模块测试板通过i2c总线实现对待测光模块的通信。
21.优选地，pc上位机通过评估软件定义测试流程，评估软件数据流通过usb端口对连接到评估测试板内的光模块芯片进行控制和数据读取，自动的完成待测光模块产品的测试流程，测试方法的具体过程如下：
[0022] (1)pc上位机连接所有使用设备，所有使用设备包括：串口通信设备和usb设备，串口通信设备包含：光开关、多个提供的gpib接口；usb设备包含：评估测试板、可调衰减器，pc测试控制主机通过发送gpib指令，建立与光谱仪和示波器的gpib通讯连接；评估软件通过gpib接口，结合gpib命令的数据结构，引出符合scpi标准的gpib命令格式的规则，生成gpib命令树，基于gpib命令树的特点，判断发送的gpib命令的格式是否正确、是否发送成功和数据接收是否成功，若成功，解析gpib命令，取得gpib命令查询结果；
[0023] (2)pc上位机通过串口，控制切换多路光开关到指定测试光通道，例如测试控制主机切换光开关到第二测试光通道。如图1所示，光开关接入4个待测光模块的发端光信号，通过多路光开关的通道切换来实现对指定待测光模块执行自动测试的目的，对于要测试的第一个待测光模块来说，需要多路光开关切换到光路1，再通过上位机和示波器的gpib通讯，来实现读取示波器显示的眼图参数（如：功率，消光比，抖动，margin等），并将读取到的参数与数据库配置的指标进行比对，判断光模块参数是否正常。即可实现对光模块的光指标测试；
[0024] (3)pc上位机通过usb调节每个可调衰减器的衰减增益，使待测光模块的输入光到达目标值rn1，从图1所示光路结构图可知，pc上位机探测到的光功率p1，预先测试出多路光开关第一路光路的光路损耗l1，跟据第一个待测光模块输入光功率rn1，得到：光功率p1＝rn1 l1，以此类推得到p2、p3
…
pn的光功率，并保存在配置文件中。为了达到待测光模块1的输入光功率rn1，采取的实施办法是，测试控制主机通过逐步调节可调衰减器,同时读取功率计探测的光功率p1，当p1＝rn1 l1时，即达到调节第一个待测光模块输入光功率的目的；
[0025]
（4）pc上位机通过功率计读取待测光模块的输入光功率，通过光谱仪读取待测光模块的输出光谱数据，通过示波器读取待测光模块的输出眼图数据，通过信号源读取到的误码数，获取测试数据，对这些测试数据加以合格判定，4颗微控制理器mcu切换电信号开关的通道，通过不同的通道通断组合，实现对至少4个光模块的灵敏度测试或电眼图测试，并
保存数据到数据库。
[0026]
以上所述的仅是本实用新型的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本实用新型的保护范围。