一种光接收模块灵敏度估算方法及系统与流程

本发明属于光模块
技术领域：
，具体地说，是涉及一种光接收模块灵敏度估算方法及系统。
背景技术：
：在光通信领域，光模块接收灵敏度是指误码率达到规定要求时，比如10-10或10-12，光接收模块接收到的平均光功率最小值，是衡量光接收模块性能的关键指标之一。目前的灵敏度计算公式为：其中，sen为光接收模块灵敏度，mw为灵敏度单位；snr为信噪比；ρ为光电二极管响应度，re为输入信号消光比；in为跨阻放大器输入噪声。运用该式估算灵敏度的前提是需要计算出信噪比snr，这给估算灵敏度增加了很大难度，导致目前的灵敏度估算非常困难。技术实现要素：本发明提供了一种光接收模块灵敏度估算方法，解决了灵敏度估算困难的问题。为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：一种光接收模块灵敏度估算方法，：所述方法包括：(1)基于公式获得公式其中，ber为信号误码率；snr为信噪比；sen为光接收模块灵敏度，mw为单位；ρ为光电二极管响应度，re为输入信号消光比，in为跨阻放大器输入噪声；(2)以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线；(3)选取曲线上的曲线段，获得拟合直线方程：y＝ax+b；其中，y＝lg[-lg(ber)]，x＝10lg(sen·δ)，a∈[0.077,0.080]，b∈[-0.27,-0.30]；(4)获得光模块的设定值ber，以及ρ、re、in，计算灵敏度sen。进一步的，所述步骤(3)还包括：(31)将x＝10lg(sen·δ)代入y＝ax+b，并将sen的单位由mw转换为dbm，获得直线方程y＝ax+b＝ax0+a·10·lgδ+b；其中，x0＝sen，单位为dbm；(32)获得y＝ax0+a·10·lgδ+b的反函数方程：y1＝(x1-a·10·lgδ-b)/a；其中，y1＝sen，x1＝lg[-lg(ber)]。又进一步的，在所述步骤(3)中，根据ber的设定取值范围选取曲线上的曲线段。更进一步的，采用最小二乘法获得拟合直线方程。再进一步的，在所述步骤(4)之前，所述方法还包括：计算选取的曲线段的线性度，判断线性度是否大于等于设定值；若是，则执行步骤(4)。进一步的，在所述步骤(4)之后，所述方法还包括：判断计算出的灵敏度sen是否小于等于设定目标值；若否，则调整ρ、re、in中的部分或全部，重新计算sen，直至sen小于等于设定目标值。优选的，ber的设定取值范围为[10-1,10-12]。优选的，所述设定值为0.9。一种光接收模块灵敏度估算系统，所述系统包括：公式计算模块，用于基于公式获得公式其中，ber为信号误码率；snr为信噪比；sen为光接收模块灵敏度，mw为单位；ρ为光电二极管响应度，re为输入信号消光比，in为跨阻放大器输入噪声；曲线获得模块，用于以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线；拟合方程获得模块，用于选取曲线上的曲线段，获得拟合直线方程：y＝ax+b；其中，y＝lg[-lg(ber)]，x＝10lg(sen·δ)，a∈[0.077,0.080]，b∈[-0.27,-0.30]；参数获取模块，用于获得光模块的设定值ber，以及ρ、re、in；灵敏度计算模块，用于计算灵敏度sen。进一步的，所述系统还包括：线性度计算模块，用于计算选取的曲线段的线性度，判断线性度是否大于等于设定值。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的光接收模块灵敏度估算方法及系统，基于公式获得公式以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线；选取曲线上的曲线段，获得拟合直线方程y＝ax+b；获得光模块的设定值ber，以及ρ、re、in，计算灵敏度sen，获得估算值。本发明的灵敏度估算方法，打破了以往复杂的灵敏度估算方式，简化了灵敏度估算的公式，便于灵敏度的估算，解决了灵敏度估算困难的问题，根据获得的方程对灵敏度进行计算，简单、方便，无需考虑信噪比，便于处理。结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1是本发明所提出的光接收模块灵敏度估算方法的一个实施例的流程图；图2是以ber为变量、sen·δ为自变量获得的曲线；图3是以lg[-lg(ber)]为变量、10lg(sen·δ)为自变量获得的曲线；图4是采用最小二乘法拟合的直线；图5是光接收模块灵敏度的测量原理框图；图6是本发明所提出的光接收模块灵敏度估算系统的一个实施例的结构框图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。本实施例的光接收模块灵敏度估算方法，主要包括下述步骤，参见图1所示。步骤s11：基于公式获得公式其中，ber为信号误码率；snr为信噪比；sen为光接收模块灵敏度，mw为灵敏度单位；ρ为光电二极管响应度，re为输入信号消光比，in为跨阻放大器输入噪声。在一定的环境温度下，光模块采用固定的光电二极管、跨阻放大器，且光发射模块消光比保持不变，则δ为固定值。步骤s12：以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线。首先，针对公式以ber为变量、sen·δ为自变量作图，获得图2所示的曲线。为了使ber与sen·δ的函数关系更加清楚直观，将图2的曲线进行坐标变换(从一个坐标系变换到另一个坐标系，建立两个坐标系之间一一对应的关系)。将纵坐标由ber变换为lg[-lg(ber)]，横坐标由sen·δ变换为10lg(sen·δ)，进行坐标转换，即以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线，如图3所示。很明显，图3比图2更加直观反映了ber与sen·δ之间的关系。步骤s13：选取曲线上的曲线段，获得该曲线段的拟合直线方程：y＝ax+b。其中，y＝lg[-lg(ber)]，x＝10lg(sen·δ)，a∈[0.077,0.080]，b∈[-0.27,-0.30]。在本实施例中，可对直线方程进行简化，使得灵敏度的计算更加方便，具体过程为：(1)将x＝10lg(sen·δ)代入y＝ax+b，并将sen的单位由mw转换为dbm，获得直线方程：y＝ax+b＝a·10·lg(sen·δ)+b＝a·10·lgsen+a·10·lgδ+b＝ax0+a·10·lgδ+b；其中，x0＝sen，单位为dbm。(2)获得y＝ax0+a·10·lgδ+b的反函数直线方程：y1＝(x1-a·10·lgδ-b)/a；其中，y1＝sen，x1＝lg[-lg(ber)]。y＝ax0+a·10·lgδ+b比y＝ax+b更加便于灵敏度的计算，计算更加简单。在本实施例中，根据ber的设定取值范围选取曲线上的曲线段，因为在后续采用直线方程计算灵敏度时，ber为获取的一个实际参数，而在实际应用中，ber的实际值需要在设定取值范围内，以满足实际性能要求。通过计算可知，lg[-lg(ber)]＝0时，ber＝10-1；lg[-lg(ber)]＝1时，ber＝10-10；lg[-lg(ber)]＝1.079时，ber＝10-12。根据光模块的实际性能要求或制定规范，ber的设定取值范围为[10-1,10-12]，则选取的曲线段为图3中黑色加粗线段。在本实施例中，采用最小二乘法获得黑色加粗线段的拟合直线方程，方法简单、便于实现、精确度高。例如，选取线段上三点a(5,0.1257)、b(10,0.4872)、c(15,0.904)，采用最小二乘法获得数据拟合的直线方程：y＝0.07783x-0.27267，其中y＝lg[-lg(ber)]，x＝10lg(sen·δ)，参见图4所示。(1)将x＝10lg(sen·δ)代入，得到y＝0.07783(10lgsen+10lgδ)-0.27267。(2)将sen的单位由mw转换为dbm，得到y＝0.07783(x0+10lgδ)-0.27267；其中，x0＝sen，单位为dbm。(3)求得反函数方程为y1＝12.84852x1+3.5034-10lgδ，其中，y1＝sen，x1＝lg[-lg(ber)]。y1＝12.84852x1+3.5034-10lgδ比y＝0.07783x-0.27267更加便于灵敏度的计算，计算更加简单。步骤s14：计算选取的曲线段的线性度，判断线性度是否大于等于设定值。若是，则说明该曲线段高度线性相关，获得的方程符合线性度要求，执行步骤s15；若否，则重新选取曲线上的曲线段，重新获得拟合直线方程，返回步骤s13。通设计过该步骤，保证后续步骤使用的方程线性相关，保证获得的灵敏度计算公式的正确性，进而保证后续灵敏度估算值的正确性。在本实施例中，设定值为0.9，即线性度≥0.9，则线性相关，符合要求。在该取值范围内，既避免设定值过小导致的该线段的线性度不高，避免导致后续计算出的灵敏度不精确；又避免设定值过大导致的过度计算。y＝0.07783x-0.27267的线性度为r2＝0.9983，大于0.9，说明ber在[10-1,10-12]范围内曲线的线性度较高，高度线性相关，符合线性度要求，可用于灵敏度的线性估计。步骤s15：获得光模块的ber、ρ、re、in，计算灵敏度sen。采集光模块的信号误码率ber、光接收模块的光电二极管pd的响应度ρ、输入信号消光比re、跨阻放大器tia的输入噪声in，根据y＝ax+b计算灵敏度sen，获得灵敏度估算值，其中，y＝lg[-lg(ber)]，x＝10lg(sen·δ)，a∈[0.077,0.080]，b∈[-0.27,-0.30]。或者，根据y1＝(x1-a·10·lgδ-b)/a计算灵敏度，其中，y1＝sen，x1＝lg[-lg(ber)]，更加便于灵敏度的计算，计算更加简单方便、便于处理。本实施例的光接收模块灵敏度估算方法，基于公式获得公式以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线；选取曲线上的曲线段，获得拟合直线方程y＝ax+b；获得光模块的设定值ber，以及ρ、re、in，计算灵敏度sen，获得估算值。本实施例的灵敏度估算方法，打破了以往复杂的灵敏度估算方式，简化了灵敏度估算的公式，便于灵敏度的估算，解决了灵敏度估算困难的问题，根据获得的方程对灵敏度进行计算，简单、方便，无需考虑信噪比，便于处理。估算出灵敏度后，还需要判断估算出的灵敏度是否符合要求，若不符合要求，则对光模块的参数(ρ、re、in)进行调整。具体过程如下：步骤s16：判断计算出的灵敏度sen是否小于等于设定目标值。若否，说明该光模块的设计不符合要求，则调整ρ、re、in中的部分或全部，返回步骤s15，重新计算灵敏度sen，直至sen小于等于设定目标值。若是，说明计算出的灵敏度sen符合要求，该光模块的设计合理。在本实施例中，设定目标值为-11，即计算出的灵敏度sen≤-11，则该光模块的设计符合要求。该取值范围，既避免取值过大导致的后续产品不良率高，又避免取值过小导致的过度计算。通过设计步骤s16，在设计出的光模块不符合灵敏度要求后，可重新调整参数，重新对光模块进行设计，以降低生产出的光模块的不良率，提高光模块的质量，避免由于前期设计不良造成的经济损失。由于设计不同速率的光模块产品具有不同的接收灵敏度指标要求，运用本实施例提出的方法能够估算出在光模块中采用不同的器件和芯片所能达到的灵敏度，所以光模块研发人员在产品设计之初，可以将该方法作为芯片等器件选型的重要参考依据，如果计算出的灵敏度不满足设计要求，则需要考虑更换芯片(即调整参数ρ、re、in)，以降低生产出的光模块的不良率，提高光模块的质量，避免由于前期设计不良造成的经济损失。例如，选取两款不同的光模块进行验证，1#光模块(10.3125gbps)和2#光模块(14.025gbps)。表11#参数表参数最小值典型值最大值ρ(a/w)0.850.9-in(μa)-0.91.4表22#参数表参数最小值典型值最大值ρ(a/w)0.50.6-in(μa)--2.19两个光模块在实际测试中均要求ber达到10-12，估算时，1#光模块的参数分别采用典型值和极限值进行估算，由于2#光模块的跨阻放大器输入噪声仅有最大极限值，所以只对极限值进行估算。光接收模块的灵敏度的实际测量原理如图5所示。灵敏度的估算与实际测试结果参见表3和表4所示。表31#模块接收灵敏度估算值与实测值对比表42#模块接收灵敏度估算值与实测值对比分析表3和表4，验证了该灵敏度估算方法的可行性和实用性。研发设计人员可将灵敏度估算的极限值作为参考，在光模块设计前期，对设计的产品所选择的芯片方案进行评估，若灵敏度估算值不满足要求(如针对速率为10.3125gbps的光模块产品，接收灵敏度估算结果>-11dbm,则不满足公司产品的内控要求)，应及时进行芯片等器件方案的调整或更换，来改变影响灵敏度的参数，即改变光电二极管响应度ρ、输入信号消光比re、跨阻放大器输入噪声in三个参数中的一个或全部，使灵敏度满足要求；若灵敏度估算值满足要求，则可将估算的结果作为参考，并指导制定新品测试计划中的接收灵敏度指标，提高产品的合格率和质量。本实施例的估算方法，打破了以往复杂的灵敏度估算方式，简化了灵敏度估算的公式，便于灵敏度的估算。结合实际产品对本实施例的方法的可行性和实用性进行了验证，实施起来效果较好；使得研发人员在今后的新品研制中，制定灵敏度指标能够有所依据，可以减小因前期设计考虑不足造成的经济损失。实施该方法方便、简单、快捷，见效快且不需增加成本的投入，增强光模块产品的技术水平标准，提高产品竞争力、提高公司品牌价值。本实施例的估算方法，解决了光模块研发人员在光接收模块产品设计前期，接收灵敏度指标难以估算的问题、灵敏度指标制定不合理的问题；解决了光模块研发人员由于没有灵敏度指标制定依据，而使产品的实测灵敏度指标不满足测试计划要求的问题。光模块研发人员使用该方法，可以在产品设计之初对光模块的设计方案进行评估，预先估算出所设计的光模块产品的接收灵敏度，以此来指导芯片的选择和指导制定新品研制的设计指标及测试计划。依照此方法，可以在产品设计前期，对产品的灵敏度进行评估和控制，可以避免因前期设计考虑不足和芯片等器件选型错误(达不到灵敏度要求)造成的物料资源的浪费，可以直接避免经济损失，提高产品竞争力。该方法也可以用于验证设计及工艺生产实现方案是否正确合理，若测得实际产品灵敏度比前期理论估算结果相差的比较多，则可以据此来推断故障原因是设计出现错误或是工艺方面出现了问题。基于上述光接收模块灵敏度估算方法的设计，本实施例还提出了一种光接收模块灵敏度估算系统，参见图6所示，所述系统包括：公式计算模块，用于基于公式获得公式其中，ber为信号误码率；snr为信噪比；sen为光接收模块灵敏度，mw为单位；ρ为光电二极管响应度，re为输入信号消光比，in为跨阻放大器输入噪声；曲线获得模块，用于以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线；拟合方程获得模块，用于选取曲线上的曲线段，获得拟合直线方程：y＝ax+b；其中，y＝lg[-lg(ber)]，x＝10lg(sen·δ)，a∈[0.077,0.080]，b∈[-0.27,-0.30]；参数获取模块，用于获得光模块的设定值ber，以及ρ、re、in；灵敏度计算模块，用于计算灵敏度sen。所述系统还包括：线性度计算模块，用于计算选取的曲线段的线性度，判断线性度是否大于等于设定值。具体的光接收模块灵敏度估算系统的工作过程，已经在上述光接收模块灵敏度估算方法中详述，此处不予赘述。本实施例的光接收模块灵敏度估算系统，基于公式获得公式以lg[-lg(ber)]作为变量、10lg(sen·δ)作为自变量，获得的曲线；选取曲线上的曲线段，获得拟合直线方程y＝ax+b；获得光模块的设定值ber，以及ρ、re、in，计算灵敏度sen，获得估算值。本实施例的灵敏度估算方法，打破了以往复杂的灵敏度估算方式，简化了灵敏度估算的公式，便于灵敏度的估算，解决了灵敏度估算困难的问题，根据获得的方程对灵敏度进行计算，简单、方便，无需考虑信噪比，便于处理。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。当前第1页12