专利名称：多通道光功率计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光电技术领域，特别涉及一种应用于光交叉设备中的多通道光功率计。
背景技术：
由于光纤通信具有容量大、传送信息质量高、传输距离远、性能稳定、防电磁干扰、 抗腐蚀能力强等优点，而得到了人们的青睐。特别是在近十年里，随着人们对宽带业务需求 的不断提高，光纤通信得到了大力发展。与此同时，随着光缆敷设量的增加，其维护与管理问题也日渐突出。传统的光缆线 路维护管理模式的故障查找困难，排障时间长，影响通信网的正常工作，每年因通信光缆故 障而造成的经济损失巨大。因此，实施对光缆线路光功率的实时自动监测，掌握光缆线路的 光功率变化情况，进行障碍分析和预警，自动上报监控中心显得至关重要。目前市场上的光 功率计多为单通道、极少数多通道光功率计也存在通道一致性差、精度不够的问题。由于光通讯设备的大批量生产，在测量设备各种指标的过程中，也迫切需要通道 一致性好，精度高的多通道光功率计、方便于光设备的自动化测试。
发明内容本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种主要特点为动态范围大、精度高、 可以实现多通道光功率同时测试的多通道光功率计。可以完美的解决现有技术存在问题。本实用新型是通过这样的技术方案实现的多通道光功率计，包括光电探测器模 块、模拟开关模块、直流对数放大器模块、数据采集模块和MCU及其外围控制电路模块；其 特征在于所述光电探测器模块包括多路光电探测器(InGaAs PIN 二极管)；模拟开关模块 主要由多路选择器芯片ADG706构成；直流对数放大器模块主要由对数放大器芯片AD8304 及外围电路构成；数据采集模块主要由AD转换器芯片ADS8320及外围电路构成；MCU及其 外围控制电路模块由MCU控制单元、键盘显示电路和通讯接口电路构成；多路光电探测器(InGaAs PIN 二极管)分别连接模拟开关模块的多路选择器芯片 ADG706的输入通道Si、S2、S3、S4…S16，多路选择器芯片ADG706信号输出端(D端)连接 到对数放大器芯片AD8304信号输入端(INPT)，对数放大器芯片AD8304输出端(VOUT)连接 到AD转换器芯片ADS8320输入端(+IN)，AD转换器芯片ADS8320输出端(DOUT)连接MCU 控制单元的MCU芯片C8051F020的相应I/O端口，MCU芯片C8051F020的相应I/O端口连 接多路选择器芯片ADG706的管脚A0、A1、A2、A3 ；MCU控制单元通过通讯接口电路RS232串 口连接上位机，同时连接由D25液晶显示模块与三个按键及附件组成键盘显示电路。光电探测器将光信号转化成的是PA mA级的微弱电流信号，要实现大动态范围 的特点，必须实现动态范围压缩和I/V转换。实现I/V有两种方法实现，一是采用FET高阻 抗，低偏置电流的跨阻运算放电器，此种方法输入输出为线性关系，在此基础上实现大动态 范围的测试必须进行分段测试，相当复杂。另一种方法是采用直流对数放大器实现I/V转换，此种方法在实现I/V转换的同时，由于其输入和输出为对数关系，扩大了测试范围，更 重要的是省去了软件进行对数运算的麻烦(光功率较弱时，通常用dBm为单位，必须进行对 数运算)，此种方法硬件简单，而且可以实现预期目的，此处对数放大器实现I/V转换。为实现多通道测试，一般的方法是在I/V转换之后加入多路选择器，这种实现方 式的缺点明显。一是做出来的光功率计通道一致性不高；二是需要和通道数量同等的I/V 转换芯片，而一般来说这些芯片非常昂贵，所以这种实现方式成本太高。该光功率计选择隔 离度高，阻抗低的多路选择器，将其放在光探测器之后，I/V转换之后，不仅提高了功率检测 的通道一致性，而且大大降低了设备的成本。在通道选择、I/V转换，滤波等信号调理之后，进行A/D转换，将采集到的数据送到 单片机，单片机进行相应的数据处理、并通过LCD显示要查询的通道功率，并响应上位机发 来的功率查询指令。需要指出的是，A/D采集，以及MCU的数据处理对于光功率计的精度同样至关重 要。本光功率计对采集来的数据进行了滤波处理，并在软件中有自动校准处理功能。本实用新型的优点是提高了多通道光功率计的通道一致性、动态范围，并降低了 成本，基于以上特点，加上该光功率计配备有RS232通讯接口，大幅度提高了光缆、光传输 设备功率实时检测的方便性，为光通讯网络的维护及故障排除效率的提高提供了可能。另外，在光传输设备生产测试过程中，由于其测试量大，又要求测试精度及通道一 致性高。该多通道功率计由于提高了通道一致性误差，并且通过软件自动校准功能可实现 零一致性误差，因此对生产智能化自动测试带来方便；由于其通道一致性好，精度高，动态 范围大等优点，也非常适合应用于光纤通信检测或光通信设备的生产自动化测试领域。
图1，多通道光功率计原理框图，并作为摘要附图；图2，多通道光功率计的模拟前向通道部分电路图；图3，多通道光功率计的MCU及其外围控制电路图。
具体实施方式
结合附图和实施例详细描述本发明如图1所示，多通道光功率计，包括光电探 测器模块、模拟开关模块、直流对数放大器模块、数据采集模块和MCU及其外围控制电路模 块；光电探测器模块包括多路光电探测器(InGaAs PIN二极管)；模拟开关模块主要由多路 选择器芯片ADG706构成；直流对数放大器模块主要由对数放大器芯片AD8304及外围电路 构成；数据采集模块主要由AD转换器芯片ADS8320及外围电路构成；MCU及其外围控制电 路模块由MCU控制单元、键盘显示电路和通讯接口电路构成；如图2所示的模拟前向通道部分电路图，其中4路光电探测器D8、D9、D10、D11分 别连接模拟开关模块的多路选择器芯片ADG706的S1、S2、S3、S4通道，，D8、D9、D10、D11即 为光电探测器；光电探测器有多种，包括APD、PIN、光电二极管、光电三极管、光电倍增管。 通过灵敏度、线性度等各个指标的比较选择，在此，选用InGaAs PIN 二极管。光电探测器InGaAs PIN 二极管的转换电流直接流向多路选择器芯片ADG706的 S1、S2、S3、S4通道，MCU芯片C8051F020的相应I/O端口连接多路选择器芯片ADG706的管脚AO、Al、A2、A3 ；MCU芯片通过控制多路选择器芯片ADG706的控制管脚AO、Al、A2、A3选 择不同的通道电流进入对数放大器芯片AD8304，实现电流电压转换和对数运算。ADS8320 为16位A/D转换器芯片，它负责对AD8304输出的模拟电压信号进行数据采集，MCU将这些 采集到的数据，经过软件数据处理、求出对应功率，通过串口通讯发往上位机，同时通过IXD 进行本地显示。在具体实施时，会遇到邻路通道互相干扰的问题，测量结果表现为本路光功 率泄露到临路通道的情况，原因是多路选择器芯片ADG706的内部充电问题所造成，解决的 办法是本路检测完功率之后，通过禁止多路选择器芯片ADG706的ENB管脚，延时1ms，再行 打开，继续测量下一路。 图2中只连接了 4路光探测器，实际上，本实施例为16路光功率计，如果需要，对 电路稍稍改动，还可做成32路。 MCU及其外围控制电路如图3所示，它包括MCU控制单元、键盘显示电路、通讯接口 电路；MCU芯片采用的是新华龙的F系列数模混合单片机C8051F020，负责通道切换、数据采 集及处理及外围的各个功能模块。D25液晶显示模块与三个按键及附件组成键盘显示电路，用于控制和显示各个通 道的功率值及波长选择。D6和单片机配合负责完成通讯接口任务，响应相关的功率查询指令或波长设置指 令。三个指示灯用于电源、工作正常、报警等指示；4位拨动开关配合MCU芯片选择工作模式，完成自动校准。根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。
权利要求多通道光功率计，包括光电探测器模块、模拟开关模块、直流对数放大器模块、数据采集模块和MCU及其外围控制电路模块；其特征在于所述光电探测器模块包括多路光电探测器；模拟开关模块主要由多路选择器芯片ADG706构成；直流对数放大器模块主要由对数放大器芯片AD8304及外围电路构成；数据采集模块主要由AD转换器芯片ADS8320及外围电路构成；MCU及其外围控制电路模块由MCU控制单元、键盘显示电路和通讯接口电路构成；多路光电探测器分别连接模拟开关模块的多路选择器芯片ADG706的输入通道S1、S2、S3、S4…S16，多路选择器芯片ADG706信号输出端连接到对数放大器芯片AD8304信号输入端INPT，对数放大器芯片AD8304输出端VOUT连接到AD转换器芯片ADS8320输入端+IN，AD转换器芯片ADS8320输出端DOUT连接MCU控制单元的MCU芯片C8051F020的相应I/O端口，MCU芯片C8051F020的相应I/O端口连接多路选择器芯片ADG706的管脚A0、A1、A2、A3；MCU控制单元通过通讯接口电路RS232串口连接上位机，MCU控制单元同时连接由D25液晶显示模块与三个按键组成的键盘显示电路。
专利摘要本实用新型涉及一种应用于光交叉设备中的多通道光功率计，光电探测器模块包括多路光电探测器；模拟开关模块主要由多路选择器芯片ADG706构成；直流对数放大器模块主要由对数放大器芯片AD8304及外围电路构成；数据采集模块主要由AD转换器芯片ADS8320及外围电路构成；MCU及其外围控制电路模块由MCU控制单元、键盘显示电路和通讯接口电路构成；多通道光功率计的通道一致性好，精度高，动态范围大，成本低，并且通过软件自动校准功能可实现零一致性误差，因此对生产智能化自动测试带来方便，也非常适合应用于光纤通信检测或光通信设备的生产自动化测试领域。
文档编号G01J1/44GK201653549SQ20092025121
公开日2010年11月24日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者刘佳, 杨林, 沈通, 王东锋, 王卫龙 申请人:天津光电通信技术有限公司