一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置及方法，属于光电仪器与仪表领域，用于波导光开关驱动电压中噪声参数的容限测量。由DSP主控单元、采集单元1～N、驱动单元1～M、CAN总线A、CAN总线B、光纤输入1～N、电流输入1～M、电流输出1～M、电压输出1～M组成。该装置可采用电流或电压方式驱动待测光开关，可以任意设置待测端口号、噪声参数的初值、范围及扫描步长、消光比水平或串扰水平，可测量器件的单端口消光比或不同端口间的串。相比采用分立设备或模块构建系统来测试容噪特性，本发明不仅降低了测量设备的复杂度，也实现了对波导光开关的大批量、快速和有效测量。
【专利说明】一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光电仪器与仪表【技术领域】，涉及一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置及方法。
【背景技术】
[0002]波导光开关是光纤通信领域的关键器件，具有光域路由、光路切换、光路保护等作用，在光上、下路复用以及光交叉连接等设备或模块中均具有广泛的应用。目前，典型的波导光开关器件包括:i)基于极化聚合物材料及线性电光效应或化合物半导体材料及载流子色散效应的波导电光开关，其优点是响应速度快，可达纳秒量级；ii)基于有机聚合物材料或无机材料的热光效应的波导热光开关，其优点是工艺成熟、易于制备和操作。
[0003]在波导光开关工作过程中，由于驱动电源自身噪声的影响，其驱动信号中将不可避免的存在尖峰、干扰或噪声，这将在一定程度上影响器件的正常工作。在实际应用中，一个性能优良的光开关器件必须具有较大的噪声容许范围(称为噪声容限)，进而可在含噪环境中有效抑制供电电源噪声，从而具备鲁棒性开关操作。当光开关制备、封装完成后，需要测试其容噪特性，即确定出在一定性能要求下，驱动电压中可允许的噪声幅度或频率范围，为器件的实用化提供参考。然而，根据对现有波导光开关方面的文献和专利检索情况，仅发现新型波导光开关结构或制备工艺方面的报道，并没有一体化、专用型光开关驱动电压容噪特性测试装置和表征方法方面的相关报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置及方法，根据器件要求自动产生标准驱动电压或电流信号，将其与内部产生的噪声信号相叠加后施加到波导光开关的电极上；在设定模式下，自动调节噪声参数(包括幅度、频率)，计算光开关特定输出端口在“通”与“断”状态的消光比，或不同端口间的串扰；最终，根据设定的消光比或串扰水平，确定器件对噪声频率和幅度的容许范围。本发明为波导光开关驱动电压容噪特性的测试与表征提供了解决方案。其具体技术方案为:
[0005]一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置，由DSP主控单元、采集单元I?N、驱动单元I?M、CAN总线A、CAN总线B、光纤输入I?N、电流输入I?M、电流输出I?M、电压输出I?M组成；DSP主控单元由参数设置模块、显示模块、CAN驱动模块1、CAN驱动模块2、驱动映射表模块、辅助模块、DSP处理器模块、方波DDS模块、正弦波DDS模块组成；采集单元I?N的结构均相同，分别由光电转换模块I?N、前置放大模块I?N、主放大模块
I?N、AD模块I?N、DSP采集模块I?N及CAN驱动模块Al?AN组成；驱动单元I?M的结构均相同，由CAN驱动模块BI?BM、DSP驱动模块I?M、偏置信号产生模块I?M、DA模块Al?AM、DA模块BI?BM、乘法器模块Al?AM、乘法器模块BI?BM、Bias-Tee模块I?M、加法器模块I?M、输出模式选择模块I?M及V/I转换模块I?M组成；
[0006]各单元之间的连接关系为:光纤输入I?N分别与采集单元I?N的光电转换模块I?N相连；采集单元I?N和DSP主控单元的DSP处理器模块经由CAN总线A相互连接；驱动单元I?M和DSP主控单元的DSP处理器模块经由CAN总线B相互连接；DSP主控单元的方波DDS模块的输出端与驱动单元I?M的乘法器模块Al?AM均相连；DSP主控单元的正弦波DDS模块的输出端与驱动单元I?M的乘法器模块BI?BM均相连；电流输入I?M和电流输出I?M分别和驱动单元I?M的V/I转换模块I?M相连；电压输出I?M分别和驱动单兀I?M的输出模式选择模块I?M相连；
[0007]CAN总线A由差分信号线CANAH和CANAL、匹配电阻El和E2组成，其连接关系为:CANAH和CANAL的两端分别经由匹配电阻El和E2相互连接；
[0008]CAN总线B由差分信号线CANBH和CANBL、匹配电阻Dl和D2组成，其连接关系为:CANBH和CANBL的两端分别经由匹配电阻Dl和D2相互连接；
[0009]DSP主控单元各模块的连接关系为:参数设置模块、显示模块、驱动映射表模块、辅助模块、CAN驱动模块1、CAN驱动模块2、方波DDS模块、正弦波DDS模块均与DSP处理器模块直接相连；CAN驱动模块I的差分信号线与CAN总线A相连；CAN驱动模块2的差分信号线与CAN总线B相连；方波DDS模块的输出端以及正弦波DDS模块的输出端均与驱动单元I?M相连；
[0010]采集单元I?N中各模块的连接关系为:光电转换模块I?N的输入端与光纤输入I?N相连；光电转换模块I?N的输出端与前置放大模块I?N的输入端相连；前置放大模块I?N的输出端与主放大模块I?N的输入端相连；主放大模块I?N的输出端与AD模块I?N的输入端相连；AD模块I?N的输出端与DSP采集模块I?N相连；DSP采集模块I?N分别与CAN驱动模块Al?AN相连；CAN驱动模块Al?AN的差分信号线与CAN总线A相连；
[0011]驱动单元I?M中各模块之间的连接关系为:CAN驱动模块BI?BM的差分信号线均与CAN总线B相连，CAN驱动模块BI?BM的输入端分别与DSP驱动模块I?M相连；DSP驱动模块I?M分别与偏置信号产生模块I?M的输入端、DA模块Al?AM的输入端及DA模块BI?BM的输入端相连；DA模块Al?AM的输出端及方波DDS模块的输出端分别与乘法器模块Al?AM的两个输入端相连；乘法器模块Al?AM的输出端及偏置信号产生模块I?M的输出端分别与Bias-Tee模块I?M的两个输入端相连；DA模块BI?BM的输出端及正弦波DDS模块的输出端分别与乘法器模块BI?BM的两个输入端相连；Bias-Tee模块I?M的输出端及乘法器模块BI?BM的输出端分别与加法器模块I?M的两个输入端相连；加法器模块I?M的输出端与输出模式选择模块I?M的输入端相连；输出模式选择模块I?M的控制端与DSP驱动模块I?M相连；输出模式选择模块I?M各有两个输出端，其中一个输出端作为电压输出I?M,另一个输出端与V/I转换模块I?M的输入端相连；V/I转换模块I?M各具有两个外接端口，分别为电流输入I?M和电流输出I?M。
[0012]优选地，在测试光开关的容噪特性时，该装置具有两种测试模式，包括单端口消光比测试模式和两端口串扰测试模式；每种测试模式均具有两种噪声参数扫描方式，包括噪声频率扫描方式和噪声幅度扫描方式。
[0013]优选地，DSP处理器模块的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块1、CAN驱动模块2的核心器件型号为PCA82C250 ;驱动映射表模块的核心器件型号为24LC256 ;方波DDS模块的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度方波信号提供给驱动单元I?M ;正弦波DDS模块的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度噪声信号提供给驱动单元I?M ;辅助模块包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM存储器电路的核心器件型号为IS61LV51216,其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811 ;显示模块为IXD12864 ;参数设置模块采用4个独立式按键；
[0014]DSP驱动模块I?M采用的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块BI?BM的核心器件型号为PCA82C250 ；V/I转换模块I?M的核心器件型号为0P37 ;输出模式选择模块I?M的核心器件型号HEF4051 ;加法器模块Cl?CM的核心器件型号为0P37 ;乘法器模块Al?AM及乘法器模块BI?BM的核心器件型号为AD633 ；Bias-Tee模块I?M的交流耦合电容采用电解电容，大小为lOOuF，旁路电容为独石电容，型号为100，直流耦合电感采用闭磁式功率电感，型号为102 ；DA模块Al?AM、DA模块BI?BM及偏置信号产生模块I?M的核心器件型号均为LTC1655，其参考电压由AD780提供；其它辅助电路包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811 ；
[0015]DSP采集模块I?N的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块Al?AN的核心器件型号为PCA82C250 ;光电转换模块I?N的光敏器件型号为J23-181-R01M-2.2，电流/电压转换和放大器件的型号为ADA4000 ;前置放大模块I?N和主放大模块I?N的核心放大器件的型号均为0P37 ；AD模块I?N采用12位串行模数转换芯片，型号为AD7866 ；DSP采集模块的其它辅助电路包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit，上电复位电路的核心器件型号为MAX811。
[0016]一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试方法，包括以下步骤:当以电流驱动方式测量光开关容噪特性时，被测光开关的N个光纤输出端分别与该装置的光纤输入I?N相连，被测光开关的M个电极的两端分别与该装置的电流输入I?M和电流输出I?M相连；当以电压驱动方式测量光开关容噪特性时，被测光开关的N个光纤输出端分别与该装置的光纤输入端I?N相连,被测光开关的M个电极的一端分别与该装置的电压输出端I?M相连，被测光开关的M个电极的另一端均接地。
[0017]优选地，以光开关设定端口的消光比作为标准来测量光开关的容噪特性时，具体方法如下:(1)用户通过DSP主控单元的参数设置模块设置光开关的待测端口号、消光比水平、方波频率、噪声幅度初值、范围及扫描步长，噪声频率初值、范围及扫描步长；(2)DSP处理器模块控制方波DDS模块产生标准幅度方波信号；(3) DSP处理器模块读取驱动映射表模块中存储的光开关各电极的驱动电压信息，并将其通过CAN总线B发送给驱动单元I?M ； (4)按照设定的噪声频率，DSP处理器模块控制正弦波DDS模块产生标准幅度噪声信号；
(5)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“启动采集”命令，后者接收到该命令后开始采集数据并存储数据；(6)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“停止采集”命令，后者接收到该命令后停止采集数据；(7)DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“数据转发”指令，后者接收到该命令后向DSP主控单元的DSP处理器发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；(S)DSP处理器模块利用接收到的数据计算该端口的消光比，并将其连同噪声频率、幅度、端口号等信息一起存储到自身的存储器中；(9)在扫频方式下，若未扫频结束，则按照设定的频率扫描步长，改变噪声频率，重复
(4)?(9);若扫频结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定消光比水平的噪声频率范围，从而确定光开关对噪声频率的容限特性；(10)在扫幅方式下，若未扫幅结束，则按照设定的幅度扫描步长，改变噪声幅度，重复(3)?(8)、(10);若扫幅结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定消光比水平的噪声幅度范围，从而确定光开关对噪声幅度的容限特性。
[0018]优选地，以光开关设定的两输出端口的串扰作为标准来测量光开关的容噪特性时，具体方法如下:(I)用户通过DSP主控单元的参数设置模块设置待测端口 I和端口 2的编号、串扰水平、方波频率、噪声幅度初值、范围及扫描步长、噪声频率初值、范围及扫描步长；(2) DSP处理器模块控制方波DDS模块产生标准幅度方波信号；(3) DSP处理器模块读取驱动映射表模块中存储的光开关各电极的驱动方式信息，并将其通过CAN总线B发送给驱动单元I?M ; (4)按照设定的噪声频率，DSP处理器模块控制正弦波DDS模块产生标准幅度噪声信号；(5)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I和端口 2对应的DSP采集模块发送“启动采集”命令，后者接收到该命令后开始采集数据并存储数据；(6)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I和端口 2对应的DSP采集模块发送“停止采集”命令，后者接收到该命令后停止采集数据；(7) DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I对应的DSP采集模块发送“数据转发”命令，后者接收到该命令后向DSP处理器模块发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 2对应的DSP采集模块发送“数据转发”命令，后者接收到该命令后向DSP处理器模块发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；(S)DSP处理器模块计算端口 2对端口 I形成的串扰，并将其连同噪声频率、幅度、端口 I和端口 2编号等信息一起存储到自身的存储器中；(9)在扫频方式下，若未扫频结束，则按照设定的频率扫描步长，改变噪声频率，重复(4)?(9);若扫频结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定串扰水平的噪声频率范围，从而确定光开关对噪声频率的容限特性；(10)在扫幅方式下，若未扫幅结束，则按照设定的幅度扫描步长，改变噪声幅度，重复(3)?(8)、(10);若扫幅结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定串扰水平的噪声幅度范围，从而确定光开关对噪声幅度的容限特性。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0020]本发明提供了一种一体化、专用型波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置与方法，该装置可以以电流或电压方式驱动光开关，可以任意设置待测端口号、噪声参数的初值及扫描步长、消光比水平或串扰水平，可对器件的单端口消光比和不同端口间的串扰进行测量。本发明实现了对光开关容噪特性的智能化和精确测量，降低了设备体积和复杂度，所测数据也可为器件的实用化提供技术指标。
【专利附图】
【附图说明】
[0021 ] 图1是本发明的容噪特性测试装置图；
[0022]图2是本发明的DSP主控单元电路原理图；
[0023]图3是本发明的驱动单元电路原理图；
[0024]图4是本发明的采集单元电路原理图；
[0025]图5是在电流驱动方式下，本发明的光开关容噪特性测试配置图；
[0026]图6是在电压驱动方式下，本发明的光开关容噪特性测试配置图；
[0027]图7是在消光比模式下，本发明的波导光开关容噪特性测试方法与流程图；
[0028]图8是在串扰模式下，本发明的波导光开关容噪特性测试方法与流程图；
[0029]图9是利用本发明测量Ixl热光开关的单端口消光比的容噪特性时，驱动单元输出的电压信号；
[0030]图10是利用本发明测量Ixl热光开关的单端口消光比的容噪特性时，主放大模块输出的电压信号；
[0031]图11是利用本发明测量Ixl热光开关的单端口消光比的容噪特性时，DSP处理器模块对转发来的数据做归一化处理并换算为分贝的结果；
[0032]图12是利用本发明测量Ixl热光开关的单端口消光比的容噪特性时，该端口的最小消光比随噪声幅度的变化曲线。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0034]参见图1,该装置由DSP主控单元、采集单元I?N、驱动单元I?M、CAN总线A、CAN总线B、光纤输入I?N、电流输入I?M、电流输出I?M、电压输出I?M组成；DSP主控单元由参数设置模块、显示模块、CAN驱动模块1、CAN驱动模块2、驱动映射表模块、辅助模块、DSP处理器模块、方波DDS模块、正弦波DDS模块组成；采集单元I?N的结构均相同，分别由光电转换模块I?N、前置放大模块I?N、主放大模块I?N、AD模块I?N、DSP采集模块I?N及CAN驱动模块Al?AN组成；驱动单元I?M的结构均相同，由CAN驱动模块BI?BM、DSP驱动模块I?M、偏置信号产生模块I?M、DA模块Al?AM、DA模块BI?BM、乘法器模块Al?AM、乘法器模块BI?BM、BiaS-Tee模块I?M、加法器模块I?M、输出模式选择模块I?M及V/I转换模块I?M组成。
[0035]各单元之间的连接关系为:光纤输入I?N分别与采集单元I?N的光电转换模块I?N分别相连；采集单元I?N和DSP主控单元的DSP处理器模块经由CAN总线A相互连接；驱动单元I?M和DSP主控单元的DSP处理器模块经由CAN总线B相互连接；DSP主控单元的方波DDS模块的输出端与驱动单元I?M的乘法器模块Al?AM均相连；DSP主控单元的正弦波DDS模块的输出端与驱动单元I?M的乘法器模块BI?BM均相连；电流输入I?M和电流输出I?M分别和驱动单元I?M的V/I转换模块I?M相连；电压输出I?M分别和驱动单兀I?M的输出模式选择模块I?M相连。
[0036]CAN总线A由差分信号线CANAH和CANAL、匹配电阻El和E2组成，其连接关系为:CANAH和CANAL的两端分别经由匹配电阻El和E2相互连接。
[0037]CAN总线B由差分信号线CANBH和CANBL、匹配电阻Dl和D2组成，其连接关系为:CANBH和CANBL的两端分别经由匹配电阻Dl和D2相互连接。
[0038]DSP主控单元各模块的连接关系为:参数设置模块、显示模块、驱动映射表模块、辅助模块、CAN驱动模块1、CAN驱动模块2、方波DDS模块、正弦波DDS模块均与DSP处理器模块直接相连；CAN驱动模块I的差分信号线与CAN总线A相连；CAN驱动模块2的差分信号线与CAN总线B相连；方波DDS模块的输出端以及正弦波DDS模块的输出端均与驱动单元I?M相连。
[0039]采集单元I?N中各模块的连接关系为:光电转换模块I?N的输入端与光纤输入I?N相连；光电转换模块I?N的输出端与前置放大模块I?N的输入端相连；前置放大模块I?N的输出端与主放大模块I?N的输入端相连；主放大模块I?N的输出端与AD模块I?N的输入端相连；AD模块I?N的输出端与DSP采集模块I?N相连；DSP采集模块I?N分别与CAN驱动模块Al?AN相连；CAN驱动模块Al?AN的差分信号线与CAN总线A相连。
[0040]驱动单元I?M中各模块之间的连接关系为:CAN驱动模块BI?BM的差分信号线均与CAN总线B相连，CAN驱动模块BI?BM的输入端分别与DSP驱动模块I?M相连；DSP驱动模块I?M分别与偏置信号产生模块I?M的输入端、DA模块Al?AM的输入端及DA模块BI?BM的输入端相连；DA模块Al?AM的输出端及方波DDS模块的输出端分别与乘法器模块Al?AM的两个输入端相连；乘法器模块Al?AM的输出端及偏置信号产生模块I?M的输出端分别与Bias-Tee模块I?M的两个输入端相连；DA模块BI?BM的输出端及正弦波DDS模块的输出端分别与乘法器模块BI?BM的两个输入端相连；Bias-Tee模块I?M的输出端及乘法器模块BI?BM的输出端分别与加法器模块I?M的两个输入端相连；加法器模块I?M的输出端与输出模式选择模块I?M的输入端相连；输出模式选择模块I?M的控制端与DSP驱动模块I?M相连；输出模式选择模块I?M各有两个输出端，其中一个输出端作为电压输出I?M,另一个输出端与V/I转换模块I?M的输入端相连；VA转换模块I?M各具有两个外接端口，分别为电流输入I?M和电流输出I?M。
[0041]参见图2，DSP处理器模块的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块1、2的核心器件型号为PCA82C250 ;驱动映射表模块的核心器件型号为24LC256 ;方波DDS模块的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度方波信号提供给驱动单元I?M ;正弦波DDS模块的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度噪声信号提供给驱动单元I?M ;辅助模块包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM存储器电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811 ;显示模块为IXD12864 ;参数设置模块采用4个独立式按键。
[0042]参见图3，DSP驱动模块I?M采用的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块BI?BM的核心器件型号为PCA82C250 ；V/I转换模块I?M的核心器件型号为0P37 ;输出模式选择模块I?M的核心器件型号HEF4051 ;加法器模块Cl?CM的核心器件型号为0P37 ;乘法器模块Al?AM及乘法器模块BI?BM的核心器件型号为AD633 ；Bias-Tee模块I?M的交流耦合电容采用电解电容，大小为100uF，旁路电容为独石电容，型号为100，直流耦合电感采用闭磁式功率电感，型号为102 ；DA模块Al?AM、DA模块BI?BM及偏置信号产生模块I?M的核心器件型号均为LTC1655，其参考电压由AD780提供；其它辅助电路包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811。
[0043]参见图4，DSP采集模块I?N的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块Al?AN的核心器件型号为PCA82C250 ;光电转换模块I?N的光敏器件型号为J23-181-R01M-2.2，电流/电压转换和放大器件的型号为ADA4000 ;前置放大模块I?N和主放大模块I?N的核心放大器件的型号均为0P37 ；AD模块I?N采用12位串行模数转换芯片，型号为AD7866 ；DSP采集模块的其它辅助电路包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mb i t，上电复位电路的核心器件型号为MAX811。
[0044]参见图5，当以电流驱动方式驱动并测量光开关的驱动电压容噪特性时，被测光开关的N个光纤输出端分别与该装置的光纤输入I?N相连,被测光开关的M个电极的两端分别与该装置的电流输入端I?M和电流输出端I?M相连。
[0045]参见图6，当以电压驱动方式驱动并测量光开关的驱动电压容噪特性时，被测光开关的N个光纤输出端分别与该装置的光纤输入I?N相连,被测光开关的M个电极的一端分别与该装置的电压输出I?M相连，被测光开关M个电极另一端均接地。
[0046]参见图7，利用该装置，以光开关设定端口的消光比作为标准来测量光开关的容噪特性时，具体方法如下:(I)用户通过DSP主控单元的参数设置模块设置光开关的待测端口号、消光比水平、方波频率、噪声幅度初值、范围及扫描步长，噪声频率初值、范围及扫描步长；(2) DSP处理器模块控制方波DDS模块产生标准幅度方波信号；(3) DSP处理器模块读取驱动映射表模块中存储的光开关各电极的驱动电压信息，并将其通过CAN总线B发送给驱动单元I?M ; (4)按照设定的噪声频率，DSP处理器模块控制正弦波DDS模块产生标准幅度噪声信号；(5)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“启动采集”命令，后者接收到该命令后开始采集数据并存储数据；(6)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“停止采集”命令，后者接收到该命令后停止采集数据；(7)DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“数据转发”指令，后者接收到该命令后向DSP主控单元的DSP处理器发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；(S)DSP处理器模块利用接收到的数据计算该端口的消光比，并将其连同噪声频率、幅度、端口号等信息一起存储到自身的存储器中；(9)在扫频方式下，若未扫频结束，则按照设定的频率扫描步长，改变噪声频率，重复(4?9);若扫频结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定消光比水平的噪声频率范围，从而确定光开关对噪声频率的容限特性。(10)在扫幅方式下，若未扫幅结束，则按照设定的幅度扫描步长，改变噪声幅度，重复(3?8、10);若扫幅结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定消光比水平的噪声幅度范围，从而确定光开关对噪声幅度的容限特性。
[0047]参见图8，利用该装置，以光开关设定的两输出端口的串扰作为标准来测量光开关的容噪特性时，具体方法如下:(I)用户通过DSP主控单元的参数设置模块设置待测端口 I和2的编号、串扰水平、方波频率、噪声幅度初值、范围及扫描步长、噪声频率初值、范围及扫描步长；(2) DSP处理器模块控制方波DDS模块产生标准幅度方波信号；(3) DSP处理器模块读取驱动映射表模块中存储的光开关各电极的驱动方式信息,并将其通过CAN总线B发送给驱动单元I?M ; (4)按照设定的噪声频率，DSP处理器模块控制正弦波DDS模块产生标准幅度噪声信号；(5)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I和2对应的DSP采集模块发送“启动采集”命令，后者接收到该命令后开始采集数据并存储数据；
(6)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I和2对应的DSP采集模块发送“停止采集”命令，后者接收到该命令后停止采集数据；(7) DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I对应的DSP采集模块发送“数据转发”命令，后者接收到该命令后向DSP处理器模块发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 2对应的DSP采集模块发送“数据转发”命令，后者接收到该命令后向DSP处理器模块发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；(S)DSP处理器模块计算端口 2对端口 I形成的串扰，并将其连同噪声频率、幅度、端口 I和2编号等信息一起存储到自身的存储器中；(9)在扫频方式下，若未扫频结束，则按照设定的频率扫描步长，改变噪声频率，重复(4?9);若扫频结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定串扰水平的噪声频率范围，从而确定光开关对噪声频率的容限特性。(10)在扫幅方式下，若未扫幅结束，则按照设定的幅度扫描步长，改变噪声幅度，重复(3?8、10);若扫幅结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定串扰水平的噪声幅度范围，从而确定光开关对噪声幅度的容限特性。
[0048]参见图9，利用本发明对Ixl热光开关单电极的驱动电压信号，方波频率为200Hz，偏置电压为+1.5V，方波信号的幅度为3.0V，噪声信号的频率为1.2kHz，噪声信号的幅度为1.6V。
[0049]参见图10，受叠加噪声的影响，光开关响应信号的高、低电平对应的输出光功率均不是恒定值，在高功率期间将存在一个最小功率值，低功率期间将存在一个最大功率值。
[0050]参见图11，该图是对图10的电压信号做归一化处理并以分贝形式显示的结果。高功率期间的最小功率值与低功率期间的最大功率值的差约为6dB。这表明，施加幅度为
1.6V的噪声后，会使光开关该端口的最小消光比降至6dB。
[0051]参见图12，固定噪声的频率为1.2kHz，改变噪声幅度，使其由O增至3.0V，会使得光开关的最小消光比从32dB降至OdB。如果设定消光比的水平为10dB，则可确定出的噪声幅度范围为1.1V。
【权利要求】
1.一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试装置，其特征在于， 由DSP主控单元、采集单元I~N、驱动单元I~M、CAN总线A、CAN总线B、光纤输入I~N、电流输入I~M、电流输出I~M、电压输出I~M组成；DSP主控单元由参数设置模块、显示模块、CAN驱动模块1、CAN驱动模块2、驱动映射表模块、辅助模块、DSP处理器模块、方波DDS模块、正弦波DDS模块组成；采集单元I~N的结构均相同，分别由光电转换模块I~N、前置放大模块I~N、主放大模块I~N、AD模块I~N、DSP采集模块I~N及CAN驱动模块Al~AN组成；驱动单元I~M的结构均相同，由CAN驱动模块BI~BM、DSP驱动模块I~M、偏置信号产生模块I~M、DA模块Al~AM、DA模块BI~BM、乘法器模块Al~AM、乘法器模块BI~BM、BiaS-Tee模块I~M、加法器模块I~M、输出模式选择模块I~M及V/I转换模块I~M组成； 各单元之间的连接关系为:光纤输入I~N分别与采集单元I~N的光电转换模块I~N相连；采集单元I~N和DSP主控单元的DSP处理器模块经由CAN总线A相互连接；驱动单元I~M和DSP主控单元的DSP处理器模块经由CAN总线B相互连接；DSP主控单元的方波DDS模块的输出端与驱动单元I~M的乘法器模块Al~AM均相连；DSP主控单元的正弦波DDS模块的输出端与驱动单元I~M的乘法器模块BI~BM均相连；电流输入I~M和电流输出I~M分别和驱动单元I~M的V/I转换模块I~M相连；电压输出I~M分别和驱动单元I~M的输出模式选择模块I~M相连； CAN总线A由差分信号线CANAH和CANAL、匹配电阻El和E2组成，其连接关系为=CANAH和CANAL的两端分别经由匹配电阻El和E2相互连接； CAN总线B由差分信号线CANBH和CANBL、匹配电阻Dl和D2组成，其连接关系为=CANBH和CANBL的两端分别经由匹配电阻Dl和D2相互连接； DSP主控单元各模块的连接关系为:参数设置模块、显示模块、驱动映射表模块、辅助模块、CAN驱动模块1、CAN驱动模块2、方波DDS模块、正弦波DDS模块均与DSP处理器模块直接相连；CAN驱动模块I的差分信号线与CAN总线A相连；CAN驱动模块2的差分信号线与CAN总线B相连；方波DDS模块的输出端以及正弦波DDS模块的输出端均与驱动单元I~M相连； 采集单元I~N中各模块的连接关系为:光电转换模块I~N的输入端与光纤输入I~N相连；光电转换模块I~N的输出端与前置放大模块I~N的输入端相连；前置放大模块I~N的输出端与主放大模块I~N的输入端相连；主放大模块I~N的输出端与AD模块I~N的输入端相连;AD模块I~N的输出端与DSP采集模块I~N相连；DSP采集模块I~N分别与CAN驱动模块Al~AN相连；CAN驱动模块Al~AN的差分信号线与CAN总线A相连； 驱动单元I~M中各模块之间的连接关系为:CAN驱动模块BI~BM的差分信号线均与CAN总线B相连，CAN驱动模块BI~BM的输入端分别与DSP驱动模块I~M相连；DSP驱动模块I~M分别与偏置信号产生模块I~M的输入端、DA模块Al~AM的输入端及DA模块BI~BM的输入端相连；DA模块Al~AM的输出端及方波DDS模块的输出端分别与乘法器模块Al~AM的两个输入端相连；乘法器模块Al~AM的输出端及偏置信号产生模块I~M的输出端分别与Bias-Tee模块I~M的两个输入端相连；DA模块BI~BM的输出端及正弦波DDS模块的输出端分别与乘法器模块BI~BM的两个输入端相连；Bias-Tee模块I~M的输出端及乘法器模块BI~BM的输出端分别与加法器模块I~M的两个输入端相连；加法器模块I~M的输出端与输出模式选择模块I~M的输入端相连；输出模式选择模块I~M的控制端与DSP驱动模块I~M相连；输出模式选择模块I~M各有两个输出端，其中一个输出端作为电压输出I~M,另一个输出端与V/I转换模块I~M的输入端相连;V/I转换模块I~M各具有两个外接端口，分别为电流输入I~M和电流输出I~M。
2.根据权利要求1所述的一种波导光开关驱动电压容噪特性测试装置，其特征在于，在测试光开关的容噪特性时，该装置具有两种测试模式，包括单端口消光比测试模式和两端口串扰测试模式；每种测试模式均具有两种噪声参数扫描方式，包括噪声频率扫描方式和噪声幅度扫描方式。
3.根据权利要求1所述的一种波导光开关驱动电压容噪特性测试装置，其特征在于， DSP处理器模块的主控芯片型号为TMS320F28335 ;CAN驱动模块1、CAN驱动模块2的核心器件型号为PCA82C250 ;驱动映射表模块的核心器件型号为24LC256 ;方波DDS模块的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度方波信号提供给驱动单元I~M ;正弦波DDS模块的核心器件为高集成度直接数字频率合成器，其型号为AD9851，该模块输出的标准幅度噪声信号提供给驱动单元I~M ;辅助模块包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM存储器电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811 ;显示模块为IXD12864 ;参数设置模块采用4个独立式按键； DSP驱动模块I~M采用的主控芯片型号为TMS320F28335 ；CAN驱动模块BI~BM的核心器件型号为PCA82C250 ；V/I转换模块I~M的核心器件型号为0P37 ;输出模式选择模块I~M的核心器件型号HEF4051 ;加法器模块Cl~CM的核心器件型号为0P37 ;乘法器模块Al~AM及乘法器模块BI ~BM的核心器件型号为AD633 ；Bias-Tee模块I~M的交流耦合电容采用电解电容，大小为lOOuF，旁路电容为独石电容，型号为100，直流耦合电感采用闭磁式功率电感，型号为102 ；DA模块Al~AM、DA模块BI~BM及偏置信号产生模块I~M的核心器件型号均为LTC1655，其参考电压由AD780提供；其它辅助电路包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit ;上电复位电路的核心器件型号为MAX811 ； DSP采集模块I~N的主控芯片型号为TMS320F28335 ;CAN驱动模块Al~AN的核心器件型号为PCA82C250 ;光电转换模块I~N的光敏器件型号为J23-181-R01M-2.2，电流/电压转换和放大器件的型号为ADA4000 ;前置放大模块I~N和主放大模块I~N的核心放大器件的型号均为0P37 ；AD模块I~N采用12位串行模数转换芯片，型号为AD7866 ；DSP采集模块的其它辅助电路包括JTAG接口电路、SRAM存储器电路、上电复位电路及晶振电路，其中SRAM电路的核心器件型号为IS61LV51216，其容量为8Mbit，上电复位电路的核心器件型号为MAX811。
4.一种波导光开关的驱动电压容噪特性测试方法，其特征在于，包括以下步骤:当以电流驱动方式测量光开关容噪特性时，被测光开关的N个光纤输出端分别与该装置的光纤输入I~N相连,被测光开关的M个电极的两端分别与该装置的电流输入I~M和电流输出I~M相连；当以电压驱动方式测量光开关容噪特性时，被测光开关的N个光纤输出端分别与该装置的光纤输入端I~N相连，被测光开关的M个电极的一端分别与该装置的电压输出端I~M相连，被测光开关的M个电极的另一端均接地。
5.根据权利要求4所述的一种波导光开关驱动电压容噪特性测试方法，其特征在于，以光开关设定端口的消光比作为标准来测量光开关的容噪特性时，具体方法如下:(I)用户通过DSP主控单元的参数设置模块设置光开关的待测端口号、消光比水平、方波频率、噪声幅度初值、范围及扫描步长，噪声频率初值、范围及扫描步长；(2) DSP处理器模块控制方波DDS模块产生标准幅度方波信号；(3) DSP处理器模块读取驱动映射表模块中存储的光开关各电极的驱动电压信息，并将其通过CAN总线B发送给驱动单元I~M ; (4)按照设定的噪声频率，DSP处理器模块控制正弦波DDS模块产生标准幅度噪声信号；(5)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“启动采集”命令，后者接收到该命令后开始采集数据并存储数据；(6)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“停止采集”命令，后者接收到该命令后停止采集数据；(7)DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口号对应的DSP采集模块发送“数据转发”指令，后者接收到该命令后向DSP主控单元的DSP处理器发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；(S)DSP处理器模块利用接收到的数据计算该端口的消光比，并将其连同噪声频率、幅度、端口号等信息一起存储到自身的存储器中；(9)在扫频方式下，若未扫频结束，则按照设定的频率扫描步长，改变噪声频率，重复(4)~(9)；若扫频结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定消光比水平的噪声频率范围，从而确定光开关对噪声频率的容限特性；(10)在扫幅方式下，若未扫幅结束，则按照设定的幅度扫描步长，改变噪声幅度，重复(3)~(8)、(10);若扫幅结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定消光比水平的噪声幅度范围，从而确定光开关对噪声幅度的容限特性。
6.根据权利要求4 所述的一种波导光开关驱动电压容噪特性测试方法，其特征在于，以光开关设定的两输出端口的串扰作为标准来测量光开关的容噪特性时，具体方法如下:(I)用户通过DSP主控单元的参数设置模块设置待测端口 I和端口 2的编号、串扰水平、方波频率、噪声幅度初值、范围及扫描步长、噪声频率初值、范围及扫描步长；(2)DSP处理器模块控制方波DDS模块产生标准幅度方波信号；(3) DSP处理器模块读取驱动映射表模块中存储的光开关各电极的驱动方式信息，并将其通过CAN总线B发送给驱动单元I~M ; (4)按照设定的噪声频率，DSP处理器模块控制正弦波DDS模块产生标准幅度噪声信号；(5)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I和端口 2对应的DSP采集模块发送“启动采集”命令，后者接收到该命令后开始采集数据并存储数据；(6)延时等待后，DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I和端口 2对应的DSP采集模块发送“停止采集”命令，后者接收到该命令后停止采集数据；(7)DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 I对应的DSP采集模块发送“数据转发”命令，后者接收到该命令后向DSP处理器模块发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；DSP处理器模块通过CAN总线A向与设定端口 2对应的DSP采集模块发送“数据转发”命令，后者接收到该命令后向DSP处理器模块发送采集到的数据，直到将采集到的数据全部发送完毕；(S)DSP处理器模块计算端口2对端口 I形成的串扰，并将其连同噪声频率、幅度、端口 I和端口 2编号等信息一起存储到自身的存储器中；(9)在扫频方式下，若未扫频结束，则按照设定的频率扫描步长，改变噪声频率，重复(4)~(9);若扫频结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定串扰水平的噪声频率范围，从而确定光开关对噪声频率的容限特性；(10)在扫幅方式下，若未扫幅结束，则按照设定的幅度扫描步长，改变噪声幅度，重复(3)~(8)、(10);若扫幅结束，则根据全部计算结果，确定出满足设定串扰水平的噪声幅度范围，从而确定光开关对噪声幅度的容限特 性。
【文档编号】G01R31/00GK104049162SQ201410267884
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】郑传涛, 梁磊, 宋强, 张大明 申请人:吉林大学