专利名称：一种突发模式光功率测量方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种突发模式光功率测量方法和装置。
背景技术：
无源光网络是一点到多点系统， 一个光线路终端(0LT)与多个光网络终端 (ONT)通过树形光纤链路连接，不仅共享了部分的光纤链路资源、分摊了光线 路终端(0LT)成本，与此同时由于无源光网络不需要中途的光电中继或者信号 处理，因此具有建网成本低，维护简单的优点。
在网络技术方面，无源光网络(PON)中的上行方向，从各光网络终端(ONT) 到光线路终端(0LT)的数据传输采用时分多址(TDMA)的方式，也是突发数据包的 传输。无源光网络(PON)系统由于各个光网络终端的位置不同、距离不同、光线 路状态不同，到达光线路终端的各个光网络终端光信号幅度不一，要求光线路 终端的接收部分为突发式、高动态范围。在下行方向，光线路终端(0LT)发出 的信号是广播式发给所有的多个光网络终端(ONT)(单点发送，多点接收)，各 用户需要从中取出发给自己的数据。
光线路终端(OLT)设备可以分为光电模块和系统主机两个部分，光电模块 完成光电信号的转换，同时提供光电性能的监控与告警，包括接收到的突发光 功率大小。在类似于XPON采用时分复用(TDM)的点到多点系统，光网路终端 的上行数据工作在突发模式下，由于光网路终端的位置不同，所以常常需要光 线路终端的光电模块实时监控光网路终端(ONT)突发的发光功率，并根据监控 的异常情况上报系统主机。由于光网络终端(0NT)的发光时隙由光线路终端(0LT)分配，最短的发光时间在数百纳秒(比如GEP0N 810ns， GPON 410ns)， 这种特殊的工作方式决定了光线路终端(OLT)模块，必须使用一种突发的光功 率测量电路，在数百纳秒的时间以内获取突发的光功率值。与此同时，在光线 路终端一侧多个光网络终端(ONT)突发发射的光信号按照分配的不同时隙时分 复用(TDM)信道，这样必须把测试到突发光功率与不同的光网络终端(ONT) 对应起来。而且光线路终端(OLT)光电模块一般仅仅具有两线式串行总线接口
(It),两线式串行总线接口 (I2C)的读取速度较慢(一般支持100K和400KHZ 两种时钟频率)，光线路终端系统主机如何获取光电模块测量到的数据，也是 需要解决的问题。
XPON网络的维护测量设备也需要测量在光线路终端一侧接收到光网络终端 突发发射的光信号功率。类似于光网络终端设备与光线路终端光电模块的工作 方式，该类的突发光功率测量的设备也需要建立与光线路终端主机的握手机制， 实现对待测光网络终端的标记，并实现数据接口功能。
在现有的技术中，有的采用电流-电压型的对数放大器来进行突发采样的技 术方案，但是由于电流-电压型对数放大器的响应时间较长(几个微秒到几百微 秒)，即使使用假负载的方式也很难达到数百纳秒，难以满足实际的测试需求。
有的技术方案采用一个光电模块的管脚输出与光功率对应成比例的模拟电 压，由系统主机中的快速模数转换器获取光功率数据，不仅成本高而且模拟输 出的信号由于幅度小在PCB上走线较长而容易受到干扰。
还有通过差分信号产牛突发检测信号(Burst—Detect)，再由内部时序产生 电路产生控制时序进行突发光功率检测的技术方案，但是由于无法实现多个光 网络终端的区分，所以这种技术方案可以应用于手持式突发光功率检测设备中， 在光分路器靠近光网络单元(ONT)的一侧使用。目前还难以行之有效地解决光 线路终端(OLT)光电模块突发光信号功率测量和靠近光线路终端(OLT) 侧 的手持式突发光信号功率测量。
发明内容
本发明提出的一种突发模式光功率测量方法和装置，可以测量数百纳秒长 度的光信号功率，并且不使用昂贵的高速器件，在降低成本的同时实现了低功 耗。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的， 一种突发模式光功率测量方法，包括以下歩骤
A、 光电探测器接收光网络终端发射的光信号，并产生光电流；
B、 通过镜像电流源产生与平均光电流成比例的镜像电流；
C、 将镜像电流放大转变成电压信号；
D、 所述电压信号发送到采样保持单元；
E、 光线路终端的系统主机产生控制触发信号，控制采样保持单元处于采样 状态；
F、 当所述电压信号稳定后，所述光线路终端的系统主机产生控制触发信号，
控制采样保持单元处于保持状态，并且所述光线路终端的系统主机产生控制触 发信号，控制模数转换单元将从所述采样保持单元接收的电压信号转换成数字
G、 微控制器收到所述数字量后，根据映射关系，获取对应的光功率数值， 并输出给所述光线路终端的系统主机。
步骤G中还包括以下步骤
将所述光功率数值存储到存储单元，并通过两线式串行总线输出给所述光 线路终端的系统主机。
还包括以下歩骤
所述光线路终端的系统主机根据光网络终端登录情况为所述光网络终端分配时隙；
所述光线路终端的系统主机确定待测的光网络终端，在其所在时隙开始后 延时预定时间后产生控制触发信号；
微控制器将获取的待测的光网络终端光功率数值存储到对应的存储单元；
所述待测的光网络终端光功率数值输出到所述光线路终端的系统主机后， 所述光线路终端的系统主机开始控制下一个光网络终端光功率测量。
所述光线路终端的系统主机产生控制触发信号为低电平时，采样保持单元 处于采样状态；所述光线路终端的系统主机产生控制触发信号为高电平时，采 样保持单元处于保持状态。
一种突发模式光功率测量装置，包括光电探测器、光电探测器电源、镜像 电流源、放大单元、采样保持单元、模数转换单元和微控制器，所述光电探测 器与光线路终端中的信号处理单元和所述镜像电流源分别连接，所述镜像电流 源还分别与所述光电探测器电源和所述放大单元连接，所述放大单元、采样保 持单元、模数转换单元和微控制器依次连接，所述采样保持单元和所述模数转 换单元还分别与所述光线路终端的系统主机连接，所述微控制器通过两线式串 行总线与所述光线路终端的系统主机连接，其中，
所述光电探测器，用于接收所述信号处理单元发来的光信号，并产生光电 流发送给所述镜像电流源；
所述光电探测器电源，用于为所述光电探测器提供直流偏置；
所述镜像电流源，用于对应所述光电探测器的平均光电流成比例地产生镜 像电流；
所述放大单元，用于将所述镜像电流转变成电压信号，并送到所述釆样保 持单元；
所述釆样保持单元，用于在所述光线路终端的系统主机的控制触发信号作用下，将所述电压信号保持下来；
所述模数转换单元，用于在所述光线路终端的系统主机的控制触发信号作 用下，将所述电压信号进行模数转换，并将所述电压信号的数字量发送给所述 微控制器；
所述微控制器，用于根据映射关系，将所述电压信号的数字量转换成对应 的光功率数值，并通过所述两线式串行总线输出给所述光线路终端的系统主机。 所述微控制器还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述光功率数值。 所述光电探测器是光电二极管，所述光电探测器电源是直流电源。 所述光电探测器是雪崩光电二极管，所述光电探测器电源是能够温度补偿 的直流到直流升压电源。
采用了本发明的技术方案，通过系统主机控制触发信号(RSSI—Trigger) 和两线式串行总线(i2c)的时序控制，实现了测试的标记和测试结果的对应， 同时采样保持单元与模数转换单元在控制触发信号(RSSI_Trigger)的控制下， 采用保持单元将突发的瞬态信号保持下来，大大降低了后续的采样和微控制器 的速度要求，实现了数百纳秒内测试突发光功率。
图1是本发明具体实施方式
中光线路终端结构示意图。
图2是本发明具体实施方式
中突发模式光功率测量流程图。
图3是本发明具体实施方式
中要求的时序波形图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明具体实施方式
中光线路终端结构示意图。如图1所示，光线 路终端包括光电探测器电源101、镜像电流源102、光电探测器103、信号处理
单元104、放大单元105、采样保持单元106、模数转换单元107、微控制器108 和光线路终端系统主机109。
光电探测器与光线路终端中的信号处理单元和镜像电流源分别连接，镜像 电流源还分别与光电探测器电源和放大单元连接，放大单元、采样保持单元、 模数转换单元和微控制器依次连接，采样保持单元和模数转换单元还分别与光 线路终端系统主机连接，微控制器通过两线式串行总线与光线路终端的系统主 机连接，微控制器与放大单元连接。
光电探测器电源为光电探测器提供直流偏置，光电探测器接收信号处理单 元发来的光信号，并产生光电流发送给镜像电流源，镜像电流源产生与平均光 电流对应成比例的镜像电流，镜像电流送到光功率突发测量电路中用于检测突 发光功率大小，光功率突发测量电路由放大单元、采样保持单元和模数转换单 元构成，放大单元将镜像电流信号转变成电压信号，并将其送到与系统主机触 发控制信号(RSSI—Trigger)相连接的采样保持单元，采样保持单元在系统主 机的触发控制信号(RSSI—Trigger)的控制下，先进入采样阶段，当与突发光 功率成比例的电压信号稳定之后进入到采样保持阶段，同时触发模数转换电路 进行模数转换，模数转换的结果送到微控制器屮，微控制器进行运算映射出突 发光功率值，并存放在微控制器的存储单元中，等待系统主机通过两线式串行
总线a2c)接口读取。
光电探测器可以是光电—极管(PIN)或者雪崩光电二极管(APD)，当光电 探测器为光电二极管(PIN)时，对应光电探测器电源可为直流电压源；当光电 探测器为雪崩光电二极管(APD)时，对应的光电探测器电源为带温度补偿功能 的直流到直流升压电源。在一个具体实施方式
中，光电探测器部分选用了雪崩光电二极管(APD)，
对应的光电探测器电源选用了直流到直流的型号为MAX5026的升压芯片(DC-DC booster),微控制器MCU Aduc7020内部的数模转换电路(DAC)或者脉宽调制 电路(PmO，决定升压芯片输出的雪崩光电二极管(APD)偏置电压值，根据微 控制器(MCU)内部的温度传感器的反馈，数模转换电路或者脉宽调制电路调整 输出电压实现雪崩光电二极管的温度补偿，保证在电路工作温度范围内的光器 件的响应度保持恒定。
镜像电流源输出的镜像电流通过电阻转变为电压信号，并通过AD8029运放 增加驱动能力，送到采样保持单元，待与突发光功率对应成比例的电压稳定后， 采样保持单元在光线路终端系统主机控制触发信号(RSSI一Trigger)的控制下，
进入保持阶段，同时触发模数转换单元工作，模数转换结果经过微控制器运算 处理，测量到的光功率值放到对应的存储单元中，等待系统主机发起双线串行
总线操作(rt)读取。
图2是木发明具体实施方式
中突发模式光功率测量流程图。如图2所示， 突发模式光功率测量流程包括以下步骤
步骤201、光线路终端系统主机根据光网络终端登录情况为光网络终端分配 时隙。
步骤202、光电探测器接收光网络终端发射的光信号，并产生光电流。 步骤203、镜像电流源产生与平均光电流成比例的镜像电流。 步骤204、将镜像电流放大转变成电压信号。在本步骤中，放大单元将镜像 电流转化为电压信号，使用负载电阻将镜像电流转变为电压再加上电压放大器 或跟随器的方式增加增益和驱动能力，或使用跨阻放大器的方式将电流信号转 变为电压信号。
步骤205、将电压信号发送到采样保持单元。歩骤206、光线路终端系统主机确定待测的光网络终端，在其所在时隙开始 后延时预定时间后产生控制触发信号，控制采样保持单元处于采样状态。
步骤207、当电压信号稳定后，光线路终端的系统主机产生控制触发信号，
控制采样保持单元处于保持状态，并且光线路终端的系统主机产生控制触发信 号，控制模数转换单元将从采样保持单元接收的电压信号转换成数字量。
步骤208、微控制器收到数字量后，根据映射关系，获取对应的光功率数值。 步骤209、微控制器将获取的待测的光网络终端光功率数值存储到对应的存 储单元。
步骤210、光线路终端的系统主机通过两线式串行总线读取光功率数值。 为了保证光功率数值与光网络终端之间一一对应，每次双线式串行总线操 作(I2C)必须在微控制器MCU换算完成将光功率数值写入存储单元之后，在下 一次的控制触发信号状态改变之前完成。图3是本发明具体实施方式
中要求的 时序波形图。如图3所示，当光电探测器接收到光网络终端突发发射的光信号， 光功率突发测量电路将把突发的光功率转换为可以被模数转换器转换的电压信 号，此时光线路终端系统主机将保持控制触发信号(RSSIJTrigger)为低电平， 使采样保持单元处于到采样阶段。
待光功率突发测量电路输出的电压信号V—MON达到稳态，采样保持单元采 样完成，光线路终端的系统主机将控制触发信号(RSSI—Trigger)置为高电平， 釆样保持单元进入采样保持状态，光功率突发测量电路输出V_MON将保持稳定 状态无论是否此时有无光信号，由于存在采样保持单元，可以允许光线路终端 光电模块选择价格便宜工作速度较低的模数转换器件。在控制触发信号 (RSSI一Trigger)置为高电平期间，模数转换电路将突发检测电路输出V_M0N信 号转变成数字量，并在微控制器(MCU)中完成映射关系，转换成对应的光功率 数值，存储在相应的存贮单元中，在该过程中禁止双线式串行总线(120操作。 当模数转换完成后，允许光线路终端主机发起双线式串行总线(120操作，读出突发光功率测量结果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种突发模式光功率测量方法，其特征在于，包括以下步骤A、光电探测器接收光网络终端发射的光信号，并产生光电流；B、通过镜像电流源产生与平均光电流成比例的镜像电流；C、将镜像电流放大转变成电压信号；D、所述电压信号发送到采样保持单元；E、光线路终端的系统主机产生控制触发信号，控制采样保持单元处于采样状态；F、当所述电压信号稳定后，所述光线路终端的系统主机产生控制触发信号，控制采样保持单元处于保持状态，并且所述光线路终端的系统主机产生控制触发信号，控制模数转换单元将从所述采样保持单元接收的电压信号转换成数字量；G、微控制器收到所述数字量后，根据映射关系，获取对应的光功率数值，并输出给所述光线路终端的系统主机。
2. 根据权利要求1所述的一种突发模式光功率测量方法，其特征在于，歩 骤G中还包括以下步骤将所述光功率数值存储到存储单元，并通过两线式串行总线输出给所述光 线路终端的系统主机。
3. 根据权利要求2所述的一种突发模式光功率测量方法，其特征在于，还 包括以下步骤所述光线路终端的系统主机根据光网络终端登录情况为所述光网络终端分配时隙；所述光线路终端的系统主机确定待测的光网络终端，在其所在时隙开始后延时预定时间后产生控制触发信号；微控制器将获取的待测的光网络终端光功率数值存储到对应的存储单元； 所述待测的光网络终端光功率数值输出到所述光线路终端的系统主机后，所述光线路终端的系统主机开始控制下一个光网络终端光功率测量。
4. 根据权利要求1所述的一种突发模式光功率测量方法，其特征在于，所 述光线路终端的系统主机产生控制触发信号为低电平时，采样保持单元处于采 样状态；所述光线路终端的系统主机产生控制触发信号为高电平时，采样保持 单元处于保持状态。
5. —种突发模式光功率测量装置，其特征在于，包括光电探测器、光电探测器电源、镜像电流源、放大单元、采样保持单元、模数转换单元和微控制器， 所述光电探测器与光线路终端中的信号处理单元和所述镜像电流源分别连接， 所述镜像电流源还分别与所述光电探测器电源和所述放大单元连接，所述放大 单元、采样保持单元、模数转换单元和微控制器依次连接，所述采样保持单元 和所述模数转换单元还分别与所述光线路终端的系统主机连接，所述微控制器 通过两线式串行总线与所述光线路终端的系统主机连接，其中，所述光电探测器，用于接收所述信号处理单元发来的光信号，并产生光电流发送给所述镜像电流源；所述光电探测器电源，用于为所述光电探测器提供直流偏置； 所述镜像电流源，用于对应所述光电探测器的平均光电流成比例地产生镜像电流；所述放大单元，用于将所述镜像电流转变成电压信兮，并送到所述采样保 持单元；所述采样保持单元，用于在所述光线路终端的系统主机的控制触发信号作 用下，将所述电压信号保持下来；所述模数转换单元，用于在所述光线路终端的系统主机的控制触发信号作 用下，将所述电压信号进行模数转换，并将所述电ik信号的数字量发送给所述 微控制器；所述微控制器，用于根据映射关系，将所述电压信号的数字量转换成对应 的光功率数值，并通过所述两线式串行总线输出给所述光线路终端的系统主机。
6. 根据权利要求5所述的-种突发模式光功率测量装置，其特征在于，所 述微控制器还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述光功率数值。
7. 根据权利要求5所述的一种突发模式光功率测量装置，其特征在于，所 述光电探测器是光电二极管，所述光电探测器电源是直流电源。
8. 根据权利要求5所述的一种突发模式光功率测量装置，其特征在于，所述光电探测器是雪崩光电二极管，所述光电探测器电源是能够温度补偿的直流 到直流升压电源。
全文摘要
本发明公开一种突发模式光功率测量方法和装置，光电探测器接收光网络终端发射的光信号，并产生光电流；通过镜像电流源产生镜像电流；将镜像电流放大转变成电压信号并发送到采样保持单元；系统主机控制采样保持单元处于采样状态；当电压信号稳定后，系统主机控制采样保持单元处于保持状态，并控制模数转换单元将电压信号转换成数字量；微控制器收到数字量后，根据映射关系，获取对应的光功率数值，并通过双线串行总线(I<sup>2</sup>C)输出给系统主机。采用了本发明的技术方案，可以测量数百纳秒长度的光信号功率，并且不使用昂贵的高速器件，在降低成本的同时实现了低功耗。
文档编号H04B10/08GK101527599SQ20091005875
公开日2009年9月9日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者涛 余, 周庭铭, 杰 杨, 渊 邹 申请人:成都优博创技术有限公司