本发明涉及光通信网络领域中主要用于光电转换功能的光模块性能测试装置。
背景技术：
在现在的光通信网络中，光模块是光纤通信中重要的器件之一，作为重要器件之一的光收发一体模块（光模块）被广泛应用在同步光纤网络（SONET）、同步数字体系（SDH）、异步传输模式（ATM）、光纤分布数据接口（FDDI）以及快速以太网和千兆以太网等系统中。光模块在光纤通信中主要的作用是光电转换，把发送过来的电信号转换成光信号；通过光纤再把光信号转换成电信号进行传输。光收发模块分为两部分：发射模块和接收模块。将一定速率的电信号输入给光发射模块内部的驱动芯片，使驱动器产生电流来驱动半导体激光二极管（LD），以使激光器发射出相应速率的光信号，激光驱动器内置有自动功率控制电路，使输出的光功率保持稳定；从激光器发出的带有一定码率的光信号传送到光接收模块，光电探测二极管对光信号进行探测后转换为电信号，再经前置放大器后输出相应码率的电信号。光收发一体模块的前端由光电探测器和前置放大器组成，它们的性能决定了光模块的接收灵敏度。未来光模块的传输速率也会越来越高，容量越来越大，类型也越来越多，从封装上来说有SFP、SFF、GBIC、SFP+、XFP、QSFP、QSFP+等模块，从速率上来说，SFP速率可达4Gbps，XFP速率可高达10Gbps，可用在万兆以太网，QSFP速率可达100Gbps，用在更高速的以太网中。不同的网络中所需要的光收模块的种类也不相同，为了满足各种系统的需求，光模块的种类将会越来越多，性能也会越来越高。这些光模块的物理尺寸都比较小，其宽度和高度一般在15mm左右，并且支持热插拔，在通信设备中使用较多，比如交换机等。光模块的热插拔特性和协议对其上电时序的要求比较严格，多源协议要求光模块的控制线和状态线的时序，以保证在电路出现异常时不损坏激光器。在光纤通信中，光收发模块是很重要的器件，影响着光纤通信系统性能的好坏。光模块性能测试包括它的电性能的测试，以及整个光模块的测试，测试参数包括上升/下降时间、消光比、平均光功率、电眼图和光眼图等。I2C（Inter-Integrated）总线是一个通用的串行总线，可以在很多领域中应用。I2C总线在通信过程中，数据线（ＳＤＡ）上的信号流动方向是不断变化的，如：主机正在写数据时，ＳＤＡ的方向为主机到从机，ＳＤＡ为输出，写完一个字节后，要接收应答时，ＳＤＡ的方向变为从机到主机，对于主机ＳＤＡ为输入。微控制器MCU模拟I2C总线的主机，其实是用软件控制微控制器MCU的GPIO引脚输出高低电平，从而产生I2C总线的各种时序。总线协议规定，各主节点进行通信时都要有起始、结束、发送（或者接收）数据和应答信号，这些信号都是通信过程中的基本单元。总线传送的每１帧数据均是１个字节，每当发送完１个字节后，接收节点就相应给出应答信号。该协议规定，在启动总线后的第１个字节的高７位是对从节点的寻址地址，第８位为方向读写操作位Ｒ/Ｗ（０表示主节点对从节点的写操作；１表示主节点对从节点的读操作），其余的字节为操作数据。I2C总线可以工作在主模式和从模式这两种模式。光模块的I2C接口是作为从模式来使用的。I2C总线必须由主机（通常为微控制器）控制。I2C总线在电子系统设计中是十分普遍的一种接口技术，大部分的通信设备，比如交换机、服务器等会通过I2C接口来读取或者写入被测光模块的内部信息，比如被测光模块的类型、生产商名称、条形码、版本号等。由于通信设备对被测光模块的I2C接口的操作过程存在一定的随意性，因此被测光模块的I2C接口性能必须要满足使用环境的要求。被测光模块的另一个性能指标就是眼图质量，眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度，因而眼图分析是高速互连系统信号完整性分析的核心。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰，改善系统的传输性能。相关的眼图参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、“1”电平、“0”电平、消光比、Q因子、平均功率等，其中消光比和平均功率是评价被测光模块性能的两个重要参数。被测光模块的消光比定义为眼图中“1”电平与“0”电平的统计平均的比值，其计算公式可以是如下的三种：Ratio=Ptop/Pbase、Ratio%=100*Ptop/Pbase、Ratio=100㏒Ptop/Pbase(dB)，消光比在光通信发射源的量测上是相当重要的参数，它的大小决定了通信信号的品质。消光比越大，代表在接收机端会有越好的逻辑鉴别率；消光比越小，表示信号较易受到干扰，系统误码率会上升。消光比直接影响光接收机的灵敏度，从提高接收机灵敏度的角度希望消光比尽可能大，有利于减少功率代价。但是，消光比也不是越大越好，如果消光比太大会使激光器的图案相关抖动增加。一般建议被测光模块的实际消光比与最低要求消光比大0.5~1.5dB。被测光模块的平均功率定义为眼图中“1”电平的光功率与“0”电平的光功率的算术平均值，其计算公式Pavg=(P0+P1)/2。通过眼图反映的平均光功率，即是整个数据流的平均值。综上所述，在光模块生产的过程中，有必要设计一种测试光模块性能的装置，用以评估被测光模块的性能，以保证光模块的合格率。
安装好光模块后，测试其性能是必不可少的步骤。测试光模块是一项复杂的工作，但是也是保证其性能良好不可或缺的步骤。光模块的发射器测试则更加复杂，需要更多的测试方法。据了解，现有技术通常采用虚拟仪器技术实现光模块各项性能参数的自动测试，这种方式要使用大量昂贵的仪器，用VISA兼容接口连接到PC机，常见的例子是使用测试仪器设备，比如Agilent公司的数字通信分析仪86100D、VXI81250误码仪、中国电子科技集团研究所AV2495光功率计、AV6381可编程光衰减器等。其中86100D、AV2495光功率计、AV6381可编程光衰减器都带有GPIB接口，可通过Agilent公司的GPIB卡把这些带有GPIB接口的测试仪器连接起来整合到一套完整的系统中，使用Agilent VISA库编写测试应用程序控制仪器操作。但是这种测试方法和装置可以说是对专业仪器的巨大资源浪费，测试成本也会很高。
技术实现要素：
本发明的目的是在达到同样的专业仪器的测量效率下，实现一种低成本较高精度的装置以测试光模块的性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种测试光模块性能的装置，包括：PC机、光模块性能测试板和光功率计，其中，PC机上运行有上位机软件，服务器上安装了数据库，测试板上设有USB转I2C芯片，其特征在于：PC机通过RJ45网线相连服务器，通过USB数据线相连光模块性能测试板，通过RS232串口线相连光功率计，光功率计通过光纤分光器相连ROSA光器件，被测光模块通过金手指插槽接入测试板，被测光模块的TX端的平均光功率通过光纤分光器之后一分为二， 一路送入ROSA光器件，另一路送入光功率计，PC机获取光功率计所测得的被测光模块的平均光功率值，然后通过服务器已配置好的光功率阈值进行比较，通过比较结果确定被测光模块的平均光功率值是否在正常的范围内。微控制器MCU通过采集到的ROSA光器件ADC值以确定被测光模块的消光比值。告警灯可以直观地显示被测光模块的性能测试结果。本发明可以方便快捷地测试被测光模块的各种性能，降低了测试成本，提高了测试效率。
本发明具有如下有益效果。
测试环境简单。本发明的测试环境只需一台装有数据库的服务器、一台运行着自动测试软件的PC机、一根RJ45网线、一根USB数据线、一根RS232串口线、一块光模块测试板、一个光功率计即可搭建完成，无需昂贵的用于专业仪器上的GPIB线和GPIB卡，整个装置的构造设计、搭建并不复杂，可以应用到实际的生产中。
测试范围广泛。本发明的光模块性能测试范围包含了目前大部分的光模块产品，比如SFP、SFP+、XFP、QSFP、QSFP+等。可以测试光模块的I2C接口性能、平均光功率值以及消光比值，测试范围广。
测试操作便捷。本发明只需操作人员按照要求简单地操作PC机上的自动测试软件界面，即可自动地完成对光模块的I2C接口性能、平均光功率值以及消光比值的一整套测试流程。在测试过程中有效地避开了各种人为的影响，减少了人工的测试工作量，提高了测试效率，且保证了所需的测试精度。可以以较低的成本实现对光模块的I2C接口性能、平均光功率、消光比的测量，并且保证了较高的精度和效率，并将测量的结果、参数信息自动记录到数据库表中，减少了以前手工记录参数信息，手工录入序列号的手工操作。
测试结果直观。本发明通过告警灯直观地显示光模块的性能测试结果。能够非常直观地显示被测光模块的各个性能是否正常。如果告警灯1发光以及软件界面显示测试失败字样，则说明被测光模块的I2C接口性能测试没通过；如果告警灯2发光以及软件界面显示测试失败字样，则说明被测光模块的消光比性能测试没通过；如果告警灯3发光以及软件界面显示测试失败字样，则说明被测光模块的平均光功率性能测试没通过。其效果达到了预期要求。实现了以较低测试成本、较高测试效率来测试被测光模块性能的测量效果，且实现了较高的测试精度。
附图说明
图1是本发明测试光模块性能的装置示意图。
图2是图1告警电路示意图。
图3是XFP光模块金手指上的I2C引脚定义图。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的实施例中，一种测试光模块性能的装置，该装置主要包括以下几大部分：服务器、PC机、光模块性能测试板和光功率计，其中，PC机上运行有上位机软件，服务器上安装了数据库，测试板上设有USB转I2C芯片，其特征在于：PC机通过RJ45网线相连服务器，通过USB数据线相连光模块性能测试板，通过RS232串口线相连光功率计，光功率计通过光纤分光器相连ROSA光器件，被测光模块通过金手指插槽接入测试板，被测光模块的TX端的平均光功率通过光纤分光器之后一分为二，一路送入ROSA光器件，另一路送入光功率计，PC机获取光功率计所测得的被测光模块的平均光功率值，然后通过服务器已配置好的光功率阈值进行比较，通过比较结果确定被测光模块的平均光功率值是否在正常的范围内。
服务器内置数据库为SQL Server数据库，SQL Server数据库保存着备后续进行数据查询和统计数据被测光模块的性能测试结果及报警信息，预存储有供PC机自动测试软件运行，操作数据库表、查询数据库表里的记录，以及往数据库表里插入新的记录，以提高测试效率。自动测试软件通过测试板上的USB转I2C芯片，启动测试板对被测光模块的I2C接口进行各种异常操作，向微控制器MCU发送各种指令。
被测光模块通过金手指插槽接入测试板，PC机上运行有自动测试软件，提供给操作人员一个人机交互的界面，同时也直观地显示被测光模块的各个性能的测试结果及报警信息。自动测试软件通过测试板上的USB转I2C芯片，启动测试板对被测光模块的I2C接口进行各种异常操作，向微控制器MCU发送各种指令。
USB转I2C芯片通过USB数据线接收到PC机下发的指令，然后通过I2C总线把指令转发送至微控制器MCU，微控制器MCU根据接收到的指令类别来对被测光模块的I2C接口性能或者被测光模块的消光比性能进行测试，此时微控制器MCU工作在I2C总线的从模式。
控制器MCU与光模块的I2C接口的数据通信是通过SDA数据线、SCL时钟线这两根线实现的。被测光模块性能测试板上的USB转I2C芯片通过I2C总线的SDA数据线、SCL时钟线与微控制器MCU进行双向通信，此时的微控制器MCU作为I2C总线的主机，被测光模块作为I2C总线的从机，微控制器MCU就可以对光模块的I2C接口进行各种异常操作，并通过读取被测光模块的I2C接口返回的应答数据来判断被测光模块的I2C接口是否能够从异常情况中恢复，以此来评估被测光模块的I2C接口性能。
I2C总线在传送数据过程中共有3种类型信号，一是起始信号，当SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，即开始传输数据；二是停止信号，在SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，则停止传输数据；三是应答信号，当接收数据的设备在接收到8bit数据后，便向发送数据的设备发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。
微控制器MCU通过ADC信号线相连ROSA光器件，可以采集ROSA光器件的ADC值，然后通过微控制器MCU内置的固件算法确定光模块的消光比值，得到此ADC值对应的被测光模块的消光比值。
被测光模块的TX端的平均光功率通过光纤分光器之后一分为二，一路送入ROSA光器件，另一路送入光功率计，被测光模块的I2C信号通过金手指插槽连通测试板。
PC机通过USB数据线与被测光模块性能测试板相连并进行通信，USB转I2C芯片与微控制器MCU之间的通信遵循I2C总线协议，PC机上运行的自动测试软件通过RS232串口线获取光功率计测得的被测光模块的平均光功率值。
微控制器MCU通过内置的已预先编写好的固件来识别PC机下发的指令，然后根据自动测试软件的指令类别，当被测光模块的I2C接口对这些操作进行响应并当发生异常时，微控制器MCU就会触发告警灯1发光，这样就实现了对被测光模块的I2C接口性能的测试。
微控制器MCU通过三根信号线分别连接告警灯1、告警灯2、告警灯3，所述的三个告警灯是LED灯，LED灯可以直观地显示被测光模块的三个参数指标性能，这三个参数指标性能是光模块的I2C接口性能、消光比性能以及平均光功率性能。PC机上运行的自动测试软件可以直观地显示这三个参数各自的告警和报警信息，以提示操作人员光模块的性能测试是否通过。在某种异常操作的过程中，如果被测光模块的I2C接口的功能不能正常地恢复，那么微控制器MCU就会触发告警灯1发光；当被测光模块的消光比值不在正常的范围之内时，测试板上的微控制器MCU触发告警灯2发光，告警灯2反映被测光模块的消光比测试结果，这样就实现了对被测光模块的消光比性能的测试；当被测光模块的平均光功率值不在正常的范围之内时，微控制器MCU触发告警灯3发光，测试板上的告警灯3反映被测光模块的平均光功率测试结果。这三个告警灯当中，只要有一个告警灯发光，则说明被测光模块性能测试失败，有待改进，这种光模块就不能正常地出货。
参阅图2。三个告警灯的告警电路由串联在电源VCC与微控制器MCU的GPIO引脚之间串联电路上的串联电阻R和发光二极管组成，其中，串联电阻R的阻值为100KΩ或者更大。当微控制器MCU向光模块的I2C接口发出一个异常的操作之后，便等待被测光模块的I2C接口发出应答数据，如果收到的应答数据不正确，则说明光模块的I2C接口不能从异常中恢复过来，此时微控制器MCU触发告警灯1发光，以提示操作人员光模块的I2C接口性能测试没通过；当被测光模块的消光比值不在正常的范围之内时，微控制器MCU触发告警灯2发光，以提示操作人员光模块的消光比性能测试没通过；当被测光模块的平均光功率值不在正常的范围之内时，微控制器MCU触发告警灯3发光，以提示操作人员光模块的平均光功率性能测试没通过。
参阅图3。以XFP光模块金手指为例，该XFP金手指共有图3所示定义的30个引脚。其中有9个地脚，21个信号脚，数据线SDA引脚位于11号，时钟线SCL引脚位于10号。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。