专利名称：便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种便携式半导体光电子器件的测试信号产生设备，特别是指一种可实现多项多信道光电子芯片特性参数同时检测的测试信号发生设备。
背景技术：
密集波分复用(DWDM)技术是解决宽带、大容量光纤网络通信的一种有效方法。多信道光电子芯片是构造DWDM系统的关键部件。在多信道光电子芯片的研究、生产及应用中，需要一种特定的检测设备，该设备既能同时检测多信道光电子芯片各端口的各种光学和电学的综合特性参数，又能具备较高的检测效率，同时还要操作简单，便于携带，适合普通操作者以及快速检修使用。迄今为止的行业信息及公开文献显示，目前已有的测试方式和测试设备中尚无满足上述要求的测试装置。目前所采用的测试装置主要存在以下缺陷一是设备笨重，不便于携带，尤其不便于实际应用中故障的快速检修；二是操作复杂，需要具有很高的光学和电学知识才能正确测量所需参数；三是对光路的判断要由人工计算来完成，不适用于大规模多信道芯片的测试；四是测试过程需要价格昂贵的信号发生器，这些设备成本很高，而且对测试环境的要求也很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式多信道光电子芯片光电特性测试信号发生装置，其具有成本低、方便携带、操作简单、测试效率高的优点。
根据上述目的设计了一种便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置，包括键盘输入部分，输入信号缓存电路，输入输出状态指示电路，多信道光电子芯片状态选择电路，状态矩阵确认电路，多信道光电子芯片驱动电路，输出信号缓存电路以及输出信号与被测多信道光电子芯片电学接口。其中，装置所采用的器件均为标准的TTL或CMOS接口器件，可以采用直流电源供电或电池供电方式；输入输出端口信息可以直接通过键盘输入至输入数据缓存，输入输出缓存电路可以采用随机存储器RAM，闪存FLASH，复杂可编程逻辑阵列CPLD或现场可编程门阵列FPGA；多信道光电子芯片状态选择电路可以根据多信道光电子芯片规模选择不同形式的输出测试信号；多信道光电子芯片状态矩阵确认电路可以是复杂可编程门阵列CPLD或现场可编程门阵列FPGA，包括指令寄存器、指令译码器、数据寄存器、输出数据寄存器、开关状态存储器。可以根据输入数据以及状态选择电路所发出的信号处理输入信息，并输出输入输出状态指示部分的驱动信号以及多信道光电子芯片驱动信号至输出缓存；输入输出状态指示部分可以采用发光二极管阵列LED或液晶显示屏；多信道光电子芯片驱动电路可为不同芯片开关单元提供不同的驱动电流，从而使各芯片单元处于最佳消光状态；多信道芯片的驱动电路提供的驱动电流大小可以调节。
本发明借助键盘直接输入路由选通信号，并通过多信道光电子芯片控制和驱动电路为芯片提供测试信号，控制多信道芯片状态，实现光路的切换。辅助以光学测试仪器如功率计、示波器等，可以方便的探测出各个输出端口输出的光功率Po，装置内的驱动电流大小也可以同时利用仪器方便地测出。本发明检测的参数涵盖了多信道光电子芯片的常规特性参数，如输出光功率与与工作电流的关系Po-Iop曲线，损耗与工作电流的关系Loss-Iop曲线，以及串扰、工作功率、速度等；用一台设备一次即可完成多信道光电子芯片常规特性的测试，而且操作简单，大大提高检测效率。更为重要的是，本设备借助于成熟的电子技术，低成本地实现了整个装置的高度集成，并可以直接采用电池供电方式来提供电源，整个装置体积小，方便携带，特别适合于实际应用中故障的现场快速检修。
为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中图1是本发明测试装置的方框图。
图2是本发明一实施例的电路框架示意图。
图3是本发明的多信道光电子芯片单元驱动电路原理示意图。
图4是本发明进行多信道光电子芯片特性测量时的工作流程示意图。
图5是本发明应用于实际工作中故障检测时的工作流程示意图。
具体实施例方式
从图1可见，本发明包括一组输入键盘1、输入输出缓存电路2和4、与输入输出显示相关的电路及设备7和8、一组与多信道光电子芯片状态矩阵确定电路3和状态矩阵选择电路6、多信道光电子芯片的驱动电路5以及与光学参数测量相关的测量仪器10。多信道光电子芯片9可以放置在专门预留的电路板上，多信道光电子芯片的加热器通过电路板上的接口与驱动电路相连。其中，输入键盘(1)、输入输出缓存电路(2)和(4)、状态矩阵确定电路(3)、多信道光电子芯片的驱动电路(5)、多信道光电子芯片(9)、光学参数测量相关的测量仪器(10)依次顺序连接，输入输出缓存电路(2)与输入输出显示相关的电路及设备(7)和(8)依次顺序连接，状态矩阵选择电路(6)连接于状态矩阵确定电路(3)。光学参数测量相关的测量仪器10是功率计/示波器测量设备。
图2给出了图1所述装置的一实施例的电路示意图。本实施例中，多信道光电子芯片为热光开关/调制器阵列。图中，输入输出端口路由代码分别由两排键盘输入，同时清零功能也由键盘控制。键盘的输入信息被读入输入缓存并同时被锁存器组锁存。本实施例中，此功能由一复杂可编程门阵列CPLD1来完成。与输入输出指示有关的电路以及状态矩阵选择和确定电路合称为处理电路，由另一复杂可编程门阵列CPLD2来完成，包括指令寄存器、指令译码器、数据寄存器、输出数据寄存器、开关状态存储器等。CPLD2从CPLD1读入输入数据信息并加以处理，完成对输入输出指示设备的驱动以及光开关阵列/调制器状态的确认。输入输出指示设备在本实施例中为发光二极管阵列LED，其能够明确地显示出输入输出端口的序号，方便测试时的逻辑判断。在热光开关阵列/调制器状态确定以后，相应的控制信号被传送到对应的驱动电路控制端。驱动电路驱动相应的热光开关单元/调制器实现开关/调制，辅助以光学测量设备，可以方便地测试出热光开关阵列/调制器的各种性能参数。整个测试信号发生装置采用5V电源统一供电，可以用电池组来完成，而且由于应用了可编程阵列，体积小，非常方便携带。
图3给出了多信道光电子芯片单元驱动电路的原理图。由驱动指令来控制驱动三极管导通或截止，从而为加热器提供电流或功率。可变电阻Rvar与加热器串联，通过调节可变电阻的大小可以改变流过加热器的电流从而改变波导相位调制臂的温度进而实现热光开关/调制器单元的开关动作。
图4给出了本发明实施例进行多信道光电子芯片特性测量时的工作顺序。本发明应用于多信道光电子芯片特性测量时，应遵循下列工作步骤一种多信道光电子芯片特性测量方法，其步骤如下1)由键盘发送出测试信号，此测试信号即多信道光电子芯片输入端口及输出端口的路由代码；测试信号经CPLD1锁存并被送入下一级处理电路CPLD2，CPLD2根据测试信号驱动输入输出显示LED指示输入输出端口信息，同时根据状态确定电路指令选定多信道光电子芯片的状态并向对应的多信道光电子芯片的驱动电路发出驱动指令；2)根据驱动指令，相应的驱动电路的驱动三极管导通或截止，向多信道光电子芯片各芯片单元的加热器提供电流，调节对应的可变电阻的阻值可以改变驱动电流的大小；利用光学测量设备监测各输出端口的输出功率；3)画出多信道光电子芯片的损耗、串扰等特性与驱动电流的关系曲线；4)依次调节可变电阻的阻值使每个芯片单元的驱动电流大小为最佳驱动电流值，此时检测各个输出端口的输出功率，通过计算即可得到芯片的损耗、串扰特性，根据P＝I2R即可计算出芯片功耗；5)清零，通过键盘发出清零命令，将装置置于初始化状态；6)检测是否还有未测端口，如果已经全部测完，测试结束，否则重复以上步骤。
图5给出了本发明实施例进行故障检测时的工作流程图。本发明应用于多信道光电子芯片故障检测时，应遵循下列工作步骤
一种多信道光电子芯片故障检测方法，其步骤如下1)由键盘发送出一组测试信号，由键盘发送出测试信号，此测试信号即多信道光电子芯片输入端口及输出端口路由代码；测试信号经CPLD1锁存并被送入下一级处理电路CPLD2，CPLD2根据测试信号驱动输入输出显示LED指示输入输出端口信息，同时选定多信道光电子芯片阵列的状态并向对应的多信道光电子芯片的驱动电路发出驱动指令；2)检测输出端口输出功率；3)将各端口输出功率与器件正常工作时指标相比较，如果输出满足性能要求，说明此光路上所有的芯片单元均为正常的，返回步骤1；4)如果输出不能满足正常工作指标，再由键盘发出另一组测试信号，使其选通光路和由上一组测试信号确定的选通光路存在交叉单元(即选通光路共有某个开关单元)；5)将各端口输出功率与器件正常工作时指标相比较，如果输出满足性能要求，则两次测量过程中所共用的交叉单元为正常工作单元，否则，两个光路的交叉单元即为故障单元。
综上所述，本发明一种便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置至少具有以下优点1.本发明便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置结构简单，工艺成熟，制作成本低。
2.本发明便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置操作简单，体积小，便于携带，且可以采用电池供电，这种优点在实际故障检测中尤为重要。
3.本发明便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置引入了CPLD及FPGA作为电路信号处理的基本单元，大大降低了成本且易于实现。
4.本发明便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置辅以光学测量设备，可以一次性完成多信道光电子芯片多项性能指标的测试，测试效率高。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。
权利要求
1.一种便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置，其特征在于，该装置包括一组输入键盘(1)、输入输出缓存电路(2)和(4)、与输入输出显示相关的电路及设备(7)和(8)、一组多信道光电子芯片状态矩阵确定电路(3)和状态矩阵选择电路(6)、多信道光电子芯片的驱动电路(5)以及与光学参数测量相关的测量仪器(10)，多信道光电子芯片(9)可以放置在专门预留的电路板上，各芯片单元的加热器通过电路板上的接口与驱动电路相连，其中，输入键盘(1)、输入输出缓存电路(2)和(4)、状态矩阵确定电路(3)、多信道光电子芯片的驱动电路(5)、多信道光电子芯片(9)、光学参数测量相关的测量仪器(10)依次顺序连接，输入输出缓存电路(2)与输入输出显示相关的电路及设备(7)和(8)依次顺序连接，状态矩阵选择电路(6)连接于状态矩阵确定电路(3)。
2.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，所述的装置采用的器件均为标准的TTL或CMOS接口器件，其供电方式可以采用直流电源供电或电池供电。
3.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，输入输出缓存电路(2)和(4)采用随机存储器RAM，闪存FLASH，复杂可编程逻辑阵列CPLD或现场可编程门阵列FPGA构成。
4.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，输入输出状态指示部分(7)和(8)采用发光二极管阵列LED或液晶显示屏。
5.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，所述的多信道光电子芯片状态矩阵确认电路(3)是复杂可编程门阵列CPLD或现场可编程门阵列FPGA，包括指令寄存器、指令译码器、数据寄存器、输出数据寄存器、开关状态存储器。
6.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，多信道光电子芯片状态选择电路(6)根据多信道光电子芯片规模选择不同形式的输出测试信号。
7.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，所述的输入信号缓存电路(2)，输入输出状态处理电路(8)，多信道光电子芯片状态选择电路，状态矩阵确认电路可以分别实现，也可以集成在CPLD或FPGA中实现。
8.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，所述的多信道光电子芯片驱动电路为不同芯片单元提供不同的驱动电流，从而使各芯片单元处于最佳消光状态。
9.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，所述的多信道光电子芯片驱动电路提供的驱动电流大小可以调节。
10.根据权利要求1所述的测试信号发生装置，其特征是，光学参数测量相关的测量仪器(10)是功率计/示波器测量设备。
11.一种多信道光电子芯片特性测量方法，其步骤如下1)由键盘发送出测试信号，此测试信号即多信道光电子芯片输入端口及输出端口的路由代码；测试信号经CPLD1锁存并被送入下一级处理电路CPLD2，CPLD2根据测试信号驱动输入输出显示LED指示输入输出端口信息，同时根据状态确定电路指令选定多信道光电子芯片的状态并向对应的多信道光电子芯片的驱动电路发出驱动指令；2)根据驱动指令，相应的驱动电路的驱动三极管导通或截止，向多信道光电子芯片各芯片单元的加热器提供电流，调节对应的可变电阻的阻值可以改变驱动电流的大小；利用光学测量设备监测各输出端口的输出功率；3)画出多信道光电子芯片的损耗、串扰等特性与驱动电流的关系曲线；4)依次调节可变电阻的阻值使每个芯片单元的驱动电流大小为最佳驱动电流值，此时检测各个输出端口的输出功率，通过计算即可得到芯片的损耗、串扰特性，根据P＝I2R即可计算出芯片功耗；5)清零，通过键盘发出清零命令，将装置置于初始化状态；6)检测是否还有未测端口，如果已经全部测完，测试结束，否则重复以上步骤。
12.一种多信道光电子芯片故障检测方法，其步骤如下1)由键盘发送出一组测试信号，由键盘发送出测试信号，此测试信号即多信道光电子芯片输入端口及输出端口路由代码；测试信号经CPLD1锁存并被送入下一级处理电路CPLD2，CPLD2根据测试信号驱动输入输出显示LED指示输入输出端口信息，同时选定多信道光电子芯片阵列的状态并向对应的多信道光电子芯片的驱动电路发出驱动指令；2)检测输出端口输出功率；3)将各端口输出功率与器件正常工作时指标相比较，如果输出满足性能要求，说明此光路上所有的芯片单元均为正常的，返回步骤1；4)如果输出不能满足正常工作指标，再由键盘发出另一组测试信号，使其选通光路和由上一组测试信号确定的选通光路存在交叉单元(即选通光路共有某个开关单元)；5)将各端口输出功率与器件正常工作时指标相比较，如果输出满足性能要求，则两次测量过程中所共用的交叉单元为正常工作单元，否则，两个光路的交叉单元即为故障单元。
全文摘要
一种便携式多信道光电子芯片测试信号发生装置，包括键盘输入部分，输入信号缓存电路，输入输出状态指示电路，多信道光电子芯片状态选择电路，状态矩阵确认电路，多信道光电子芯片驱动电路，输出信号缓存电路以及输出信号与被测多信道光电子芯片电学接口。通过键盘输入直接指定待测多信道光电子芯片的输入/输出端口连通的路由选通信号代码，读入输入信号缓存电路，路由选通状态指示电路从缓存电路中读取数据，路由选通状态输出显示驱动信号；同时，状态矩阵确认电路，通过输出信号与被测多信道光电子芯片的接口将状态矩阵所对应的控制信息输出到多信道光电子芯片的驱动电路设定所选择信道涉及的各路由选通控制单元的工作状态。
文档编号G01M11/00GK1979191SQ200510126240
公开日2007年6月13日 申请日期2005年11月30日 优先权日2005年11月30日
发明者李运涛, 陈少武, 余金中 申请人:中国科学院半导体研究所