实时监测光模块工作状态老化过程的方法与流程

本发明涉及光通信网络领域中光电转换模块在生产过程中实时监控工作状态老化工序的方法。

背景技术

在现代信息网络中光纤通信占据着主导地位随着网络的覆盖越来越广和通信容量的不断增加使得通信链路的管理工作变得复杂。光收发模块作为光纤接入网的核心器件推动了干线光传输系统向低成本方向发展。光模块是一个由光电子器件、功能电路和光接口等结构件组成的光电转换模块。光模块主要用于光信号的收发，光信号通过光纤接入光模块，可以将光信号转为电信号。同时也可以将电信号的信息通过光模块转成光信号，然后通过光纤发送出去。光模块是组成光端机的只要组成部分，在光端机中，光模块的重要程度远远超过了核心芯片。在接通电源后，光模块处于在不停地发光过程，久而久之必定会有衰减，sfp光模块的性能退化主要是输出光功率的退化，因此，检测光模块的工作十分重要。光模块又叫光纤模块(transceivermodule)。光模块属于一种电子元器件，同时光模块内部带有光器件，光模块通过标准的12c总线接口，包含scl和sda，与外界进行通信，可以完成数据传输交换。光模块工作温度太高，器件的老化程度越快。因此在光模块的规模化生产过程中进行老化测试及温度循环筛选至关重要是非常有必要的。众所周知，老化工序可以暴露很多电子产品的缺陷，例如虚焊，软损伤及由焊接带来的质量风险。经过老化工序的电子产品可以保证长时间工作的稳定性和可靠性。一个普通的光模块的电路板上有上百颗阻容及数颗集成电路芯片，在批量化生产中，这些阻容和芯片的焊接均由贴片机完成，由于制程控制，工艺控制，设备差异等因素，会有一定比例的贴片不良，这部分贴片不良的产品将会在老化工序中暴露出来。同时由于制作光模块的来料也会存在一部分的不良，有的不良并不会导致光模块立即失效，而是在短时间上电使用后出现失效，这部分的不良也将在老化工序中暴露出来。因此老化工序在光模块的生产制程中是非常重要的一道工序。现阶段，所有的光模块厂商需要通过老化工序后的测试工序才能发现老化工序产生的不良光模块，这对于老化过程中光模块出现异常的定位并不准确，很难知道光模块是老化了多长时间后出现的失效，对于失效原因进一步分析缺少很多参考数据，由此可能会带来一些潜在质量风险，为光模块的稳定工作埋下隐患。因此在老化中能实时监控光模块工作状态的测试装置显得非常重要。老化是模拟极限条件下验证模块的工作性能，因此需要对模块上电处于工作状态。加速老化试验是对电子元器件进行寿命预测的常用方法，是在不改变电子元器件的失效机理的前提下，利用加大应力的方法来加快老化试验。并且规定了光电器件进行加速老化试验的测试时间至少需要2000h，加速温度为175℃。老化的效果验证主要方式有2种：1、经过老化后需要对各个参数进行测试，比如光功率、消光比、灵敏度等指标满足要求；2、若需要特别验证，可对比老化前及老化后的参数差异，以及常温下与高低温下的差异等。sfp光模块老化后如何检测老化效果，目前还没有一个比较可行的技术方案。sff.8472协议规定了光模块五个重要参量：工作温度、电压、偏置电流、发射及接收光功率的范围及分辨率。目前实现光收发模块数字诊断功能主要是采用集成数字诊断监控(ddm)功能的芯片，作为中央控制和数据处理五个模拟量的参数校准方式，采用sff.8472协议正向的内部校准或外部校准数字诊断的参数校准，通常采用手动测试方式进行老化测试。在sfp光模块中，由于led供电电路受到烘箱设定温度影响，led工作电流会随烘箱温度的变化而变化，从而加速老化试验的退化系数的变化。工作温度过高，会加速器件的老化，减少光模块寿命；工作温度过高，光模块标称的性能受到影响，工作不稳定，使得通信数据出现错误；工作温度过高，光模块的光功率就会变大，接收信号就会出现错误，甚至会烧坏光模块，导致光模块无法正常工作。在对光模块的参数进行测试时，通常是通过人眼观察仪器上的波形及记录数据，这个过程比较繁琐，容易出错，测试效率比较低下。实时监测光收发模块的工作温度，供电电压，激光偏置电流等其他重要参数，对这些参数的实时性检测，现有的技术仅仅是对光模块上电，采用网络管理单元找出链路中故障出现的位置，而没有监控的功能，这就很难获取光模块的工作状态。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种方便操作，测试效率高，不易出错，能有效缩短光模块加速老化测试时间，光模块生产的老化过程中能实时监控光模块的工作状态，及时发现问题，提供质量风险分析依据，实时监控光模块工作状态老化过程的测试方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种实时监控光模块工作状态老化过程的方法，具有如下技术特征：将接口电路，微处理器，模拟开关和提供工作电源的电源电路设置在光模块老化测试板上，接口电路至少并联两路微处理器，微处理器1、微处理器2通过对应串联的模拟开关1、模拟开关2分别并联n路光模块的信息读取接口；微处理器通过模拟开关电路连通指定的光模块通讯总线，采集被测光模块的数据，接口电路将i2c通信转换成微处理器的usb通信，将监控到的光模块老化信息传递给微处理器内置自动监测软件，自动监测软件对所有光模块老化测试板上光模块的工作状态进行实时在线监测、诊断，测试被测光模块每时每刻工作状态、工作温度、供电电压和激光偏置电流的工作性能参数，自动获取眼图和测试灵敏度信息，掌握各光模块老化程度，实施故障诊断服务，汇总、查询、追溯获取光模块的参数信息，找出链路中故障出现的位置。

本发明具有如下有益效果：

方便操作。本发明采用设置在光模块老化测试板上的接口电路，微处理器，模拟开关和提供工作电源的电源电路组成实时监控光模块工作状态老化过程的测试装置，电源电路提供老化测试板的所有部件工作电源，接口电路将连接老化测试板和上位机，微处理器负责所有光模块的数据采集和处理，模拟开关电路负责连通指定的光模块通讯总线。通过微处理器控制模拟开关的工作模式，选择光模块之间进行数据通信需要采集数据的光模块，实时监测其被测光收发模块收发信号参数信息，获取光模块参数信息，电路结构简单，成本低廉。

测试效率高。本发明采用接口电路并联微处理器，微处理器通过对应串联的模拟开关，并联n路光模块的信息读取接口，一次性完成数十个光模块的测试，操作非常方便；。通过监测激光的偏置电流控制光功率来判断激光器的寿命是否已经达到极限。通过实时监测光收发模块工作电压和温度，可以很快发现光模块潜在的问题，测试效率极高。

不易出错。本发明采用微处理器通过模拟开关电路连通指定的光模块通讯总线，采集被测光模块的数据，处理接口电路将i2c通信转换成微处理器的usb通信，将监控到的光模块老化信息传递给微处理器，对所有老化板上的光模块的工作状态进行实时监测、诊断，准确记录被测光模块每时每刻工作状态，工作温度，供电电压，激光偏置电流的重要参数，可实时监控、测试光模块的工作状态及其老化过程、汇总、查询、追溯获取的光模块参数信息，找出链路中故障出现的位置，不易出错。

负载能力高。本发明采用模拟开关一对一通信n并联路光模块的信息读取接口，采用一对一通信模拟开关来实现，大大提升了i2c带负载的能力。因为模拟开关的主要作用是为了提高i2c通信带负载的能力，一个老化测试板上可能会带50只或者更多的模块，如果只采用i2c通信来带50个从机，很容易导致i2c带负载能力不够，因此采用一对一通信模拟开关来实现，大大提升了i2c带负载的能力。

使用本发明带有实时监控光模块工作状态的测试装置，可以实时对固定光模块的工作状态实时监控，也可以对所有老化板上的模块的工作状态进行实时监控，并且通过上位机开发，可以准确记录光模块每时每刻的工作状态，以便汇总、查询及追溯。通过实时地监测光模块的通用信息，实时诊断光模块的工作性能，可以帮助系统管理预测收发模块的寿命，监测器件工作状态及老化程度，可以判断并替换可疑故障器件，并于现场安装中验证模块是否兼容，提高系统维护性，为系统提供一种可靠的性能监测手段。解决了现有技术仅对光模块上电，无监控功能，不能获取光模块的工作状态的不足。

附图说明

图1是本发明监控光模块老化过程测试装置的硬件构造示意图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，一种实时监控光模块工作状态老化过程的方法，具有如下技术特征：将接口电路，微处理器，模拟开关和提供工作电源的电源电路设置在光模块老化测试板上，接口电路至少并联两路微处理器，微处理器1、微处理器2通过对应串联的模拟开关1、模拟开关2分别并联n路光模块的信息读取接口；微处理器通过模拟开关电路连通指定的光模块通讯总线，采集被测光模块的数据，接口电路将i2c通信转换成微处理器的usb通信，将监控到的光模块老化信息传递给微处理器内置自动监测软件，自动监测软件对所有光模块老化测试板上光模块的工作状态进行实时在线监测、诊断，测试被测光模块每时每刻工作状态、工作温度、供电电压和激光偏置电流的工作性能参数，自动获取眼图和测试灵敏度信息，掌握各光模块老化程度，实施故障诊断服务，汇总、查询、追溯获取光模块的参数信息，找出链路中故障出现的位置。

在以下描述的实施例中，一种实时监测光模块工作状态老化过程的装置包括：设置在光模块老化测试板上的接口电路，微处理器，模拟开关和提供工作电源的电源电路，其中，电源电路提供老化测试板的所有部件工作电源，接口电路将连接老化测试板和上位机，微处理器负责所有光模块的数据采集和处理，模拟开关电路负责连通指定的光模块通讯总线。微处理器通过模拟开关电路控制模拟开关的工作模式，选择光模块之间进行数据通信需要采集数据的光模块，实时监测其被测光收发模块收发信号参数信息，获取光模块参数信息。接口电路至少并联两路微处理器，微处理器通过对应串联的模拟开关，并联n路光模块的信息读取接口；微处理器通过模拟开关电路连通指定的光模块通讯总线，采集被测光模块的数据，处理接口电路将i2c通信转换成微处理器的usb通信，用usb转12c通信方式，将监控到的光模块老化信息传递给微处理器，对所有老化板上的光模块的工作状态进行实时监测、诊断，准确记录被测光模块每时每刻的工作状态，工作温度，供电电压，发射光功率、接收光功率、激光偏置电流重要参数。汇总、查询、追溯分析模块的结构组成，对各个模块的相关性能进行分析获取的光模块信息。

本实施例以sfp光模块为例。通常一个老化测试板满载是50只sfp光模块，在电源电路的设计上，本发明选择余地很大，因为本测试装置不会涉及到微弱信号的处理，因此对于电源的信噪比冗余量很大，甚至可以直接选择220v交流转3.3v直流的电源模块，额定电流20a。一只光模块的工作电流为0.3a，50只光模块的供电电流为15a，再考虑到微处理器、接口电路和模拟开关的功耗，20a的额定电流绰绰有余。在接口电路上可以选择microchip公司的mcp2221a接口芯片，能完美实现i2c转usb通信，同时对微处理器的操作系统兼容性很强。微处理器可以选择adi公司型号为aduc7020的微处理器芯片，模拟开关可以选择adi公司型号为adg706bruz的模拟开关，模拟开关可以实现16路i2c总线切换。因此，可以采用两个aduc7020的微处理器芯片，分别带动两个adg706bruz的模拟开关，每一个adg706bruz的模拟开关带13个光模块，即可实现。

老化测试板监控到的光模块信息传递给微处理器，而光模块的通讯方式是采用i2c通信，而微处理器的通讯方式采用usb通信，因此需要一个接口电路将i2c通信转换成usb通信。

电源电路主要提供整个测试装置所需电源，包括接口电路电源，微处理器电源，模拟开关电源以及所有需要测试的光模块电源。

接口电路通过12c总线通信接口串联模拟开关1、模拟开关2，通过2线串行总线对sfp光模块进行访问，读写光模块的电子抹除式可复写只读存储器eeprom的数据信息。接口电路对光模块的相关参数实现在线监控以及数字化的总线协议转换。总线协议是对相关参数实现在线监控以及数字化的一个具体规范，具体规范了数字诊断功能的原理。该总线协议定义了可由厂家和用户使用的模块内部存储器空间，通过光模块的软件控制脚，便可实现对光模块的通用参数信息进行实时性监控，用户可以用它实现设置光模块温度告警门限等许多特殊功能。总线协议规定了光模块工作温度、电压、偏置电流、发射及接收光功率五个重要监视参量值的范围及分辨率，并定时进行刷新，刷新的时间间隔根据需要自行设置，实时地更新数据，完成监视功能，此外，根据光模块的告警阈值判断监视的参量值是否合格，并分别做出相应的处理。总线协议规定将光模块的e2prom划分成2个存储单元，大小为256字节，并在总线协议中保留sfp/gbic在地址aoh处的地址映射，以便存储sfp光模块的一些通用信息，比如光模块的波长、传输距离、光模块的类型、序列号、生产日期和厂商等，此外在地址a2h处增加一个256字节的存储单元。

微处理器实时采集来自模拟开关1、模拟开关2获取光模块内部工作电压，温度，偏置电流，发射和接收光功率的参数信号，分别对这5个模拟量进行标定的校准，得到数字化测量结果，计算得到校准常数固化，测量结果保存在寄存器主器件地址a2h的地址串行总线实时诊断接el96至l19字节地址中。微处理器对于警告/告警标志位及阈值、系统状态和用户自定义标志位，都存储在a2h单元中，通过双线接口12c进行访引。此外，也提供各个管脚的状态镜像和用户可写入的存储区域。地址串行总线101000x(aoh)处，sfpmsa的串行d定义有96字节，为0.95的存储单元，包含了基本的id区和扩展id区，基本id区的数据地址从0.63扩展id区从64.95。

微处理器作为单片机控制单元是实现模块诊断功能的核心部分。微处理器内置自动监测软件对光收发模块的参数进行测试，自动获取眼图和测试灵敏度等信息，自动化测试各个功能模块特性及工作性能进行分析。自动监测软件在线地实时诊断光模块工作性能，达到预先测试器件工作状态，掌握器件老化程度等情况，实施故障诊断服务，提供最佳的性能监测手段。微处理器模块存储区域包含了光模块的通用信息和基本配置信息(包括模块序列号、软件版本号)，通过12c通信对存储区的信息写入进行读写、存档。对于光发射模块，需要考虑平均光功率和消光比这两个重要参数。自动监测软件可以通过查询温度补偿表来实现调节光模块的偏置电流，监视协议中规定的5个参量值，并定时进行刷新，刷新的时间间隔根据需要自行设置，实时地更新数据，完成监视功能。此外，根据模块的告警阈值判断监视的参量值是否合格，并分别做出相应的处理。模块存储区域包含了模块的通用信息和基本配置信息(包括模块序列号、软件版本号)，通过12c通信对存储区的信息读取接口及存取信息写入进行读写、存档。自动监测软件界面窗口主要采用面向对象的编程语言c开发。sfp光模块下位机软件设计主要按照以上几个方面的需求来设计。包括对mcu初始化(时钟，管脚使能，定时器等的设置)，读取寄存器模块进入正常工作模式、调试模式和写码模式，设定刷新时间，监测参数信息。自动监测软件各功能模块包括：数字诊断监测模块、性能调节模块，校准设置模块、自动监测模块和数据库，其中，数字诊断监测模块监视5个模拟参量，警告和告警标志位，定时刷新显示，根据sff8.472协议自定义读取光模块内对应寄存器地址中的信息并予以解析，转换成规定的格式显示；性能调节模块调节光模块调制直接影响光发射功率的电流mod值，偏置电流bias，设置los门限和apd电压等；校准设置模块校准发射及接收光功率的校准参数，使得这些参数在规定的范围内，并将信息存储在芯片内部的可复写只读存储器eeprom中；自动监测模块，自动校准发射端发射光功率和接收端的接收光功率，对误码率、消光比和灵敏度等参数进行测量，并以一定格式保存眼图等信息；数据库保存测试数据以及调用以前保存的数据，将模块内部告警阈值或者温度补偿表等信息通过可视化程序对数据库进行修改等操作。

本说明书中公开的所有特征或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书，包括任何附加权利要求、摘要和附图中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。