基于TLS的單通道TOF插卡式測試系統(tǒng)?

王志文 柳 剛

1 引言

近年來，密集波分復(fù)用技術(shù)迅猛發(fā)展以及帶寬需求不斷增長，這使得全光網(wǎng)絡(luò)將成為光通信網(wǎng)絡(luò)的不可阻擋的發(fā)展趨勢［1～2］。這一趨勢使得光交換技術(shù)與信道監(jiān)控技術(shù)成為全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中亟待解決的兩個(gè)問題［3～5］。光通道監(jiān)測器是支持密集波分復(fù)用傳送、節(jié)點(diǎn)智能化的重要技術(shù)之一，它提供了對(duì)每個(gè)信道行為的監(jiān)控能力，做到了在光層面的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理，是發(fā)展全光網(wǎng)絡(luò)的首要前提［6～8］。可調(diào)諧光濾波器是光通道檢測器的核心器件，可調(diào)諧光濾波器件的檢測是實(shí)際生產(chǎn)的重要一環(huán)［9～10］。目前，分立式可調(diào)諧光濾波器件的測試系統(tǒng)中光譜儀起著重要的作用，但是由于光譜儀造價(jià)昂貴，不易維護(hù)，很大程度上提高了可調(diào)諧光濾波器件的生產(chǎn)成本［11～13］。本文提出的基于可調(diào)諧激光光源（Tunable Laser Source，TLS）的單通道可調(diào)諧光濾波器（Tunable Optical Filter，TOF）插卡式測試系統(tǒng)針對(duì)光譜儀在測試無源光電子器件時(shí)分辨率偏低，測試速率較慢，靈敏度不足、成本高昂等缺點(diǎn)，提供一種新的測試方案，能夠以一種低成本的方式在一定波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)無源光電子器件光譜特性的高靈敏度快速測試，使得可調(diào)諧光濾波器件的生產(chǎn)成本降低，提高了測試效率。因此，本文主要針對(duì)基于TLS的單通道TOF插卡式測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，以及功率計(jì)單盤的設(shè)計(jì)做了研究。本文最后給出兩種測試系統(tǒng)光譜的對(duì)比，表明該系統(tǒng)對(duì)于光譜儀的替代作用。

2 測試系統(tǒng)分析

2.1 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能分析

本文提出的基于TLS的單通道TOF插卡式測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，本系統(tǒng)是一種TLS+光功率計(jì)板卡測試系統(tǒng)，包括光路部分（5）、光功率計(jì)板卡部分（6）、可調(diào)諧激光光源TLS以及上位機(jī)處理程序四部分。在光路部分（5）中設(shè)置有光學(xué)同步裝置，由帶通濾波器（1）和標(biāo)準(zhǔn)具（3）組成。可調(diào)諧激光源（TLS）分別經(jīng)過1X2功率耦合器（2）分配功率后分為兩路，一路作為同步用，另一路經(jīng)過1X16功率耦合器連接各通道待測無源光電子器件。光功率計(jì)板卡并行采集同步通道并通過網(wǎng)口（7）發(fā)送至上位機(jī)處理程序（8），上位機(jī)處理程序采用服務(wù)器/客戶端架構(gòu)，服務(wù)器端程序負(fù)責(zé)各通道采樣數(shù)據(jù)的同步處理，客戶端程序負(fù)責(zé)還原1～16通道待測無源光電子器件的真實(shí)光譜數(shù)據(jù)。本測試系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多通道復(fù)用一臺(tái)TLS光源進(jìn)行多通道光譜分析。TLS一定的頻率掃描，在每次發(fā)光中，光功率計(jì)單盤中的同步通道PIN17管和1～16路測試通道PIN1～16管處進(jìn)行采樣，直至將整個(gè)C波段掃描完成。

圖1 基于TLS的單通道TOF插卡式測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 是光學(xué)同步過程示意圖，光功率計(jì)單盤主控芯片ADC口對(duì)同步通道PIN17管和1～16路測試通道PIN1～16管響應(yīng)進(jìn)行快速、并行、同步采樣，并通過網(wǎng)口發(fā)送采樣數(shù)據(jù)給上位機(jī)處理程序采用服務(wù)器。

上位機(jī)處理程序采用服務(wù)器/客戶端架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多路通道實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，服務(wù)器端程序Server將從硬件部分通過網(wǎng)口（7）發(fā)送過來的同步通道PIN17管和測試通道PIN1～16管的響應(yīng)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，通過分析同步通道光電探測器采集的經(jīng)過帶通濾波器（1）和標(biāo)準(zhǔn)具（3）濾波后的光譜采樣數(shù)據(jù)，并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)具（3）濾波峰值波長作為同步的基準(zhǔn)波長，還原1～16通道待測無源光電子器件（DUT1～16）的真實(shí)光譜，再將1～16通道真實(shí)光譜數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口分包發(fā)送給對(duì)應(yīng)客戶端程序Cli?ent。

客戶端程序Client將從服務(wù)器端程序Server接收到的真實(shí)光譜數(shù)據(jù)還原為光譜曲線，并實(shí)時(shí)顯示在客戶端程序Client界面上。

圖2 光學(xué)同步過程

2.2 光功率計(jì)單盤設(shè)計(jì)

圖3 是插卡式測試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。板卡可以分為兩大部分。虛線框內(nèi)的為功能電路，其余部分為電源電路。

功能電路是基于STM32F207主控芯片的，控制信號(hào)通過串口UART0、接口IIC0、ADD地址接口、網(wǎng)口和插座相連，插座與機(jī)箱上的背板相連。單盤的所有控制都通過上述控制信號(hào)與機(jī)箱的網(wǎng)管盤相連，電腦通過和網(wǎng)管盤通信來控制單盤。同時(shí)STM32F207提供對(duì)光功率計(jì)檢測電路的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)于PIN管的控制，光模塊和面板相連。光路的所有接口都放在前面板上，根據(jù)測試的需要，可以通過光纖跳線進(jìn)行相應(yīng)的連接。同時(shí)，前面板的指示燈直觀地顯示了當(dāng)前的工作狀態(tài)。在使用網(wǎng)口通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)變壓器起升壓或降壓的作用，保證內(nèi)部和外部不同的電壓標(biāo)準(zhǔn)；網(wǎng)口交換芯片起對(duì)精簡網(wǎng)口MII輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包后輸出。

圖3 插卡式測試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

電源電路部分通過插座和機(jī)箱的背板相連，為板卡供電。熱插拔保護(hù)電路的作用是防止在進(jìn)行熱插拔時(shí)，導(dǎo)致供電電壓不穩(wěn)而影響其他板卡正常工作。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

驗(yàn)證器件為窄帶MEMS-TOF，分別采用16通道自制光譜儀和橫河AQ6370Z光譜儀進(jìn)行測試對(duì)比，橫河AQ6370Z光譜儀靈敏度設(shè)置為HIGH1，采樣間隔10pm，分辨率設(shè)置為50pm，16通道自制光譜儀所用TLS光源輸出功率設(shè)置為9dBm，兩臺(tái)設(shè)備測試的峰值波長一致，測試波形基本一致，測試譜形帶寬比自制光譜儀略寬，20dB帶寬誤差8pm。TLS和OSA的光譜對(duì)比見圖3。

圖 5中 ，OSA峰 值 波 長 ：1548.41nm；插損：-8.224dB；20dB帶寬：0.294nm。TLS峰值波長：1548.41nm；插損：-8.02dB；20dB帶寬：0.286nm。

4 結(jié)語

綜上所述，基于可調(diào)諧激光光源的單通道可調(diào)諧光濾波器插卡式測試系統(tǒng)能夠以一種低成本的方式在C波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)無源光電子器件光譜特性的高靈敏度快速測試，使得可調(diào)諧光濾波器件的生產(chǎn)成本降低，測試效率提高。本文最后給出兩種測試系統(tǒng)光譜的對(duì)比，表明該系統(tǒng)對(duì)于光譜儀具有替代作用。

圖4 TLS和OSA的光譜對(duì)比1

圖5 TLS和OSA的光譜對(duì)比2

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