基于Benes网络的大规模开光单元自动测试方法和装置与流程

基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法和装置
技术领域
1.本发明涉及硅基光电子芯片的封装测试技术领域，特别涉及一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法和装置。


背景技术：

2.随着光子集成技术的日益发展，大规模光交换芯片在云计算、高性能计算机和数据中心的应用受到越来越多的关注。面对与日俱增的海量数据和信息交换，传统的光-电-光数据交换方式面临着交换延迟高、数据带宽小、功耗大等诸多问题。而大规模光交换芯片中核心的光开关阵列采用全光交换的形式，大大提高了信息交换的速度，减小了数据中心庞大的功耗。
3.重排无阻塞benes网络所需的光开关数量最少，有利于实现低功率、低功耗的大规模光交换功能。马赫增德干涉光开关通过改变干涉臂折射率改变两臂干涉相位差，从而实现光路切换。相位的变化由加载在干涉臂两端的电压或电流改变而导致开关单元呈现
‘
cross’（交叉状态）与
‘
bar’（直通状态）两种周期性状态。因此，在利用光交换芯片进行开关切换功能之前，需要测试出每个光开关单元
‘
cross’和
‘
bar’的最佳工作电压。由于cmos工艺存在误差，光开关单元的初始状态都不一样，即每个光开关的最佳工作电压各不相同。利用内置光功率监测点进行开关单元状态校准的方法虽然能有效减少监测点的数目，但每个开关单元所对应的监测点也固定。在阵列开关的测试中，无论是人工查找每个开关单元的监测口，还是手动微调光纤耦合、重复每个开关单元的测试，都是一件费时费力，且效率低下的事。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法和装置，以克服现有技术中的不足。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明公开了一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法，包括以下步骤：s1、在benes网络的中间级与下一级之间设置监测端口；s2、通过监测端口监测阵列中每一列的一个光开关：选定一个监测端口，以交叉状态或者直通状态选定光开关路径，通过静态工作点自动查找程序找到该监测端口能监测的每个光开关位置以及输入端口位置；s3、根据监测端口得到的光开关位置以及输入端口位置，上位机控制光收发模块和电驱动模块对光开关单元电压扫描，并记录被测光开关单元上的光功率变化；s4、通过观察被测光开关单元上的光功率变化，获得被测光开关单元的状态；再通过该监测端口监测另一列光开关；s5、重复步骤s3至步骤s4，完成该监测端口对应的所有光开关单元测试后，关闭该
监测端口对应的输入端口；s6、对网络中不同位置的监测端口重复步骤s2至步骤s5，得到整个网络所有光开关单元的静态工作点特性，寻找到每个开关单元的最佳工作电压。
6.作为优选的，所述步骤s2选择以交叉状态选定光开关路径，在最后读取光开关单元交叉和直通状态的最佳电压时，光功率最小点对应的是开关单元直通状态的最佳电压，光功率最大点对应的是开关单元交叉状态的最佳电压。
7.作为优选的，所述步骤s3中，对选择的光开关单元、输入端口和监测端口均进行编号，所述上机位通过对应编号控制上述各个模块之间的通信。
8.作为优选的，所述步骤s3的具体子步骤如下：s31、从监测端口得到的输入端口和光开关位置信息通过上位机并行发送给光收发模块、电驱动模块；s32、光收发模块接收到输入输出端口信息，通过切换1
×
n机械光开关切换到指定测试光路上，电驱动模块通过串口命令让该光开关单元电压输出使能；s33、电驱动模块向对应光开关单元一端输出固定偏置电平，另一端输出步长递增的控制电平，实现被测开关单元的电压扫描；s34、当开关单元进行电压扫描时，光接收模块同步记录每一个电压变化下的光功率信号，并回传给上位机进行数据处理。
9.作为优选的，所述步骤s4具体为：观察被测光开关单元上的光功率变化，当被测单元上测得光功率信号为极小值或极大值时，分别对应开关的直通和交叉两种状态；记下此时被测单元上的电压，完成光开关单元的校准。
10.本发明公开了一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试装置，包括如下模块：监测端口：用于网络中光开关单元的静态工作点查找；光发射模块：用于光信号的输入；1
×
n机械光开关模块：用于光信号的输入输出开关；光接收模块：用于记录光输入信号；电驱动模块：用于每个开关单元独立的电压驱动和扫描；上位机控制模块：通过程序总控光信号的收发、光信号的路径选择、光开关单元的电压扫描以及光信号的处理与保存。
11.作为优选的，所述光发射模块包括激光器和1
×
n阵列光纤，具体用于光信号的耦合和输入，确保n个输入端口都有光信号输入；光接收模块包括光功率计和1
×
n阵列光纤，具体用于光信号的收集和读取，确保n个输出端口都能接收到光信号。
12.本发明公开了一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试装置，所述装置包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法。
13.本发明的有益效果：本发明一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法和装置，与目前在硅基集成光交换芯片中手动光开关单元测试相比，本发明只需要在网络的中间级与下一级之间设置少数几个监测端口，加上可诸如光纤阵列、机械光开关、光功率计、存储器和处理器等可实现自动化测试的装置，利用benes网络中普遍存在的路由特性编写出静态工作点自动查找程序，使上位机能利用自动化程序控制各个模块之间的协同工作，将开关单元静态工作点电压的查找转化成光功率极大值或极小值的判断。这种方式减少了手动对准光纤的重复劳动和不精细度，自动化遍历benes网络中的每一个光开关单元，极大的降低了大规模光交换芯片光开关单元校准测试的难度。
附图说明
14.图1是是本发明实施例中16
×
16 benes网络及8个监测端口示意图；图2是本发明实施例中自动测试实验装置示意图；图3是本发明实施例中测试得到的某一光开关单元静态工作点曲线示意图；图4是本发明实施例的装置示意图。
具体实施方式
15.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
16.本发明实施例提供一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法，包括以下步骤：s1、在benes网络的中间级与下一级之间设置监测端口；s2、通过监测端口监测阵列中每一列的一个光开关：选定一个监测端口，以交叉状态或者直通状态选定光开关路径，通过静态工作点自动查找程序找到该监测端口能监测的每个光开关位置以及输入端口位置；s3、根据监测端口得到的光开关位置以及输入端口位置，上位机控制光收发模块和电驱动模块对光开关单元电压扫描，并记录被测光开关单元上的光功率变化；s4、通过观察被测光开关单元上的光功率变化，获得被测光开关单元的状态；再通过该监测端口监测另一列光开关；s5、重复步骤s3至步骤s4，完成该监测端口对应的所有光开关单元测试后，关闭该监测端口对应的输入端口；s6、对网络中不同位置的监测端口重复步骤s2至步骤s5，得到整个网络所有光开关单元的静态工作点特性，寻找到每个开关单元的最佳工作电压。
17.需要说明的是，以cross状态或者bar状态作为光开关路径的选择都是可行的，本发明在步骤s2中选择了cross状态作为说明，则在最后读取光开关单元cross和bar状态的最佳电压时，光功率最小点对应的是开关单元bar状态的最佳电压，光功率最大点对应的是开关单元cross状态的最佳电压。
18.所述步骤s3中，选择的光开关单元、输入端口和监测口都有其对应的编号。以16
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16网络为例，输入端口设置为1-16，监测口设置为m1-m8，开关单元设置为s列-行。上位机以此来总控各个模块之间的通信。
19.所述步骤s3的具体子步骤如下：s31、从监测端口得到的输入端口和光开关位置信息通过上位机并行发送给光收发模块、电驱动模块；s32、光收发模块接收到输入输出端口信息，通过切换1
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n机械光开关切换到指定测试光路上，电驱动模块通过串口命令让该光开关单元电压输出使能；s33、电驱动模块向对应光开关单元一端输出固定偏置电平，另一端输出步长递增的控制电平，实现被测开关单元的电压扫描；例如：光开关单元一端加载固定不变的偏置电
压1.5v，另一端加载从0-3v周期性递增的电压信号，实现被测开关单元从-1.5v到 1.5v之间的电压扫描；s34、当开关单元进行电压扫描时，光接收模块同步记录每一个电压变化下的光功率信号，并回传给上位机进行数据处理。
20.所述步骤s4具体为：观察被测光开关单元上的光功率变化，当被测单元上测得光功率信号为极小值或极大值时，分别对应开关的直通和交叉两种状态；记下此时被测单元上的电压，完成光开关单元的校准。
21.本发明实施例还提供了一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试装置，包括如下模块：监测端口：用于网络中光开关单元的静态工作点查找；光发射模块：用于光信号的输入；1
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n机械光开关模块：用于光信号的输入输出开关；光接收模块：用于记录光输入信号；电驱动模块：用于每个开关单元独立的电压驱动和扫描；上位机控制模块：通过程序总控光信号的收发、光信号的路径选择、光开关单元的电压扫描以及光信号的处理与保存。
22.所述光发射模块包括激光器和1
×
n阵列光纤，具体用于光信号的耦合和输入，确保n个输入端口都有光信号输入；光接收模块包括光功率计和1
×
n阵列光纤，具体用于光信号的收集和读取，确保n个输出端口都能接收到光信号。
23.具体地，参阅图1至图3，本发明实施例以16
×
16 benes网络的光开关阵列为例，详细描述本发明在开关单元自动化测试中的应用。
24.首先整套光交换芯片测试装置由光发射模块、1
×
16机械光开关模块、光接收模块、电驱动模块、上位机控制程序组成。其中，光发射模块由激光器和1
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16阵列光纤组成，用于光信号的耦合和输入，保证16个输入端口都有光信号输入；光接收模块由光功率计和1
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16阵列光纤组成，用于光信号的收集和读取，保证16个输出端口都能接收到光信号；1
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16机械光开关模块用于特定输入输出端口的开启和关闭；电驱动模块用于每个开关单元独立的电压驱动和扫描功能；上位机控制程序总控光信号的收发、光信号的路径选择、光开关单元的电压扫描、光信号的处理与保存。
25.在连接好各个测试装置，开启正式的开关单元测试工作后，首先选择第一个监测口m1进行测试。上位机程序自动查找出该监测口所能监测的开关位置s1-8、s2-4、s3-2、s4-1已经输入端口15。将得到的15端口和监测口m1信息发送给1
×
16机械光开关模块，保证只有这两个端口能进行光信号的收发。
26.在机械光开关开启后，上位机程序将光开关s1-8的位置信息同步发送给电驱动模块，使加载在光开关s1-8两端的引脚电压输出使能，随后设置电驱动模块向s1-8一端发送固定的偏置电平，另一端发送从负到正递增的控制电平。偏置电平与控制电平之间的电压差即用来驱动光开关单元的状态变化。同时，在电驱动模块进行电压扫描的同时，上位机控制光功率计读取每一次电压变化引起的光功率变化，并将数据返回给上位机，获取s1-8开关的cross和bar状态下对应的最佳工作电压。
27.重复上述过程，依次扫描s2-4、s3-2、s4-1开关位置，得到各自的最佳工作电压。再关闭监测口m1以及对应的输入端口。
28.重复m1到m8所有监测口，自动完成光交换芯片内的所有光开关静态工作点的测试，获取电压-光功率对应表，快速又精确的确定每个光开关单元不同状态下的最佳工作电
压。
29.参见图4，本发明实施例还提供了一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试装置，还包括存储器和一个或多个处理器，存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述实施例中的基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法。
30.本发明一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试装置的实施例可以应用在任意具备数据处理能力的设备上，该任意具备数据处理能力的设备可以为诸如计算机等设备或装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在任意具备数据处理能力的设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图4所示，为本发明一种基于benes网络的大规模开光单元自动测试装置所在任意具备数据处理能力的设备的一种硬件结构图，除了图4所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的任意具备数据处理能力的设备通常根据该任意具备数据处理能力的设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。上述装置中各个单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
31.对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
32.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述实施例中的基于benes网络的大规模开光单元自动测试方法。
33.所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是任意具备数据处理能力的设备的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(smart media card，smc)、sd卡、闪存卡(flash card)等。进一步的，所述计算机可读存储介质还可以既包括任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述任意具备数据处理能力的设备所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。