基于虚拟仪器光模块自动测试系统的研究

1、摘要基于虚拟仪器的光模块自动测试系统的研究摘要计算机技术与测试测量仪器技术的结合，出现了新的测试仪器虚拟仪器。运用虚拟仪器技术能够达到共享硬件和软件资源，快速、方便地组建各种自动测试系统，并可以方便地利用计算机的强大功能，进行信号分析、数据处理、存储以及图形化显示等。本文对自动测试技术的发展历程、虚拟仪器的概念以及自动测试系统的体系结构进行概述，并详细介绍了自行设计、开发的一套专门用于测试光模块性能参数的自动测试系统。本文按照系统开发过程组织文章，包括系统分析、系统总体方案设计、系统详细设计和系统实现几部分，对系统开发中的每一部分进行了说明，并且重点对光模块自动测试系统中的关健技术进行详细的分

2、析。包括由 PC 机直接对测试偏置监测电流和背光检测电流进行采集的方法；通过调用动态链接库的方法，实现在 LabVIEW 中控制非NI 公司的 GPIB 接口卡和仪器；测试报告打印的实现方法；对 GPIB 系统中的同步技术分析了其机制和实现方法。根据虚拟仪器的特点，采用分层结构设计测试软件，将软件分为四层结构：I/0 接口驱动层、仪器驱动层、虚拟仪器功能层和测试管理层。在光模块自动测试系统的实现中，引用虚拟仪器的概念、自动测试的体系结构，采用 PC 机作为测试系统的主体，使用软件技术替代了部分硬件的工作，提高了系统的灵活性和通用性，实现了光模块自动测试最小系统。自动测试系统可以在一台微机上完成

3、光模块各项性能参数的自动测试，降低了测试成本，提高了测试的准确性和测试效率。关键词：虚拟仪器自动测试系统GPIBLabVIEWVISAIAbstractThe Automatic Test System Based on Virtual Instruments forThe Optical Transceiver ModulesAbstractThe combination of computer technology and technology of testinstruments results in the appearance of a new test instrument, vi

4、rtualinstruments (VI). Thanks to VI technology, the hardware and softwareresources can be shared, various automatic test systems can be built rapidly,and signal analysis, data processing and graphicalized display can be carriedon conveniently.In this paper，we give a summary of testing technology and

5、 the course ofits development、the conception of virtual instruments , and then we design aautomatic test system for the optical transceiver modules.In view of the step of the development of a testing system，we divide thispaper into following units: system analyzing 、 system overall schemedesigning、s

6、ystem implementing、crucial technology. We give a detail analysisof each unit, such as the designing of the hardware、the method of controlingnon-NI GPIB interface card in LabVIEW and the realization of printing testingreports. This paper also analyzes the synchronization technology in thissystem，also

7、 give the method of realizing them. The software employs thehiberarchy and is divided into four layers, namely I/O interface driver,instruments driver, VI function layer and test manage layer.The idea of virtual instruments is introduced to the design of thisautomatic testing system in which persona

8、l computer act as a main controlcomponent. In this system software replaced part work of hardware, whichenhanced the flexibility and versatility. A minimum general automatic testingsystem for optical transceiver modules is completed. The automatic test systembased on VI can accomplish the auto-test

9、of optical transceiver modulesparameters with one computer, which reduces the test cost, improves the testaccuracy and efficiency, and enforces the system flexibility.Key words:Virtual Instruments 、 Automatic Test SystemGPIB Interface Bus、LabVIEW、 VISAII第一章第一章绪论绪论1.1 自动测试系统随着光纤通信的迅猛发展，光模块的测试工作量急剧增加，

10、测试内容日趋复杂，对测试速度和测试精度的要求不断提高，这使得传统的人工测试已不适应甚至不满足实际测试的需求，迫切要求将测试仪器设备与计算机连接起来组成一个由计算机控制的自动测试系统。所谓自动测试系统12 (ATSAutomatic Test System)，通常是指在人工最小参与的情况下，能自动进行测量和数据处理，并能以适当方式显示和输出测试结果的测量系统。在此系统中，整个测试过程都是在预先编制好的测试程序统一指挥下自动完成的。自动测试系统中的各种设备都是可程控的，称为自动测试设备(简称 ATE)或可程控设备。自动测试系统是用标准接口总线(GPIB、VXI、PXI、PCI 等)将可程控设备与测

11、试计算机连接起来的一套多功能自动测试设备。采用这种系统进行测试时，人的作用主要是根据测试任务组建系统和编制测试软件。系统一旦正常工作，它的各种操作都由系统本身自动完成。自动测试系统的突出特点之一是高速度，可节约大量人力。自动测试系统包含具有计算、处理能力的控制器(计算机)，通过适时地切换量程和更换仪器设备，不难获得简化的测量静态及动态范围；通过间接测量方法，可在硬件尽量简化的情况下达到多参数、多功能的测试效果；测试结果可以多种方式输出；在测试过程中，还能做各种复杂的分析、统计、判断、处理；并能进行自校准和自检查，甚至还可能做出自判断和自修复。自动测试系统避免了人为因素的误差，可获得十分良好的测

12、试复现性；通过进行大量的冗余测量，进行判断、分析和折算，可以在很大程度上消除或削弱随机误差和系统误差，从而获得极高的测量精确度。真正高速、高精确度、多参数、多功能的自动测试系统，是电子测量技术与自动控制和电子计算机技术密切结合的成果，是电子测量仪器数字化与数字信息系统相结合的产物。自动测试系统的发展经历了从专用型向通用型发展的过程。在早期，仅侧重于自动测试设备本体的研制，近年来，则着眼于建立整个自动测试系统体系结构，同时注重自动测试设备的研制和测试程序集的开发及可移植，以及人工智能在自动测试系统中的应用。目前，自动测试系统正向着分布式的集成诊断测试系统发展。自动测试的发展过程大体上可分为三个阶

13、段：1231第一章绪论1. 第一代自动测试系统专用型第一代自动测试系统多为专用系统，是针对某项具体测试任务而设计的，主要有数据采集系统、产品自动检验系统、自动分析及自动监测系统等，系统的控制采用计算机或其他一些简单的逻辑和定时电路。由于当时标准化、通用化的仪器产品还未出现，设计和组建第一代自动测试系统时，设计人员需要自行设计仪器与仪器、仪器与计算机之间的接口电路和相关的控制电路。当测试系统中用到的设备较多时，系统研制的工作量很大、费用高，系统的适应性和可扩展性也较差，改变测试内容时需重新设计接口电路。因此，第一代测试系统通用性比较差。2. 第二代自动测试系统台式仪器积木型在这种系统中，各设备都

14、用标准化的接口和母线按积木的形式连起来。系统中的各种设备，包括计算机、可程控仪器、可程控开关等均带有标准化接口，它们之间用无源总线连接，这样就能方便地把不同国家、不同厂家生产的仪器用标准接口总线连接起来，克服了第一代自动测试系统的缺点，系统组建者无须设计接口电路，组建拆卸容易，更改测试任务灵活简便。完成测试任务后，拆卸的所有装置、电缆都可继续使用，设备利用率高。目前，这一代自动测试系统的应用及其广泛。通用接口总线 GPIB（即 IEEE488）标准是第二代自动测试系统应用最广的接口总线标准。IEEE488 校准接口采用位( bit)并行、字节(byte)串行的传输信息方式，以便用计算机控制。同

15、时由于它通用性强，系统结构简单，性能可靠，操作灵活、方便，价格也较低廉，因此获得了世界各国军方的广泛认可和采用。目前世界上主要电子仪器厂家的产品大都带有 IEEE 488 标准总线接口。我国制造的一些微型计算机和电子仪器也配备了 IEEE 488 总线接口。除了 IEEE 488 接口总线系统，还有一些其它的通用接口系统，例如 IEEE 538 接口(CAMAC)和航空 1553 接口，主要用于核物理和航空航天自动测试系统，它们也可以和 IEEE 488 总线系统结合起来使用。3. 第三代自动测试系统模块化仪器集成型无论是第一代还是第二代自动测试系统，都未充分发挥作为中央控制器的电子计算机的作

16、用，计算机只不过是用来控制各器件的动作，并作一些数据的整理和计算，整个系统的测试过程基本上仅限于简单的模仿人工测试的步骤。70 年代中期，第三代自动测试系统诞生了，它把计算机和测试仪器融为一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件，产生测试信号和测试功能。这样，仪器中的一些硬件甚至整个仪器都从系统中“消失”了，而由计算机及其软件来完成它们的功能，形成一种所谓“虚拟仪器”(VIVirtual instrument)。第三代自动测试系统中，计算机和测试工作站是自动测试系统的核心，也是它赖2第一章绪论以工作的物质基础。系统中的硬件部分大多是通用的，配备不同的软件可以产生不同的激励信号和测试功能。有人把

17、第三代自动测试系统的硬件：计算机、取样器、激励器和测试仪器看成四块积木，软件相当于搭积木的方法，采用不同的软件就可以搭出不同的效果。第三代自动测试系统目前尽管还处于发展阶段，但它的出现给测试技术带来了革命性的冲击，在测量原理、仪器设计等多方面都产生了重大影响。1.2 虚拟仪器虚拟仪器345（Virtual Instruments ,简称 VI）概念是 NI 公司于 1986 年首先提出的，其基本思想是在一定的硬件环境（或平台）支持下，通过编制和执行不同的虚拟仪器软件，来构成各种不同的仪器，实现各种用户定义的仪器或测试功能。采用虚拟仪器的软件战略，可以解决自动测试系统彼此间不兼容，达到共享硬件和

18、软件的目的，利用通用硬件模块，可以快速、方便地组建各种自动测试系统，利用计算机地强大功能，可方便地进行信号分析、数据处理、存储、传输以及显示等。虚拟仪器是通过应用程序将通用计算机与仪器硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面（通常叫做虚拟前面板）操作这台计算机，就像在操作自己定制的一台传统仪器一样。虚拟仪器以透明的方式把计算机资源（如微处理器、内存、显示器等）和仪器硬件（如 A/D、D/A、数字 I/O、定时器、信号调理等）的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的分析处理、表达以及图形化用户接口（如图 1.1 所示4Acquisition andControl（采集与控制）Plug-i

19、n DataAcquisition Boar（插入式数据采集板）GPIB (IEEE-488)(GPIB仪器)VXI(VXI 仪器)RS-232（RS-232仪器）Data Analysis（数据分析）Digital SignalProcessing（数字信号处理）Digital Filtering（数字滤波）Statistics（统计）Numberical Analysis（数字分析）Data Presentation（数据表达）Networking（网络）Hardcopy Output（硬拷贝输出）File I/O（文件 I/O）Graphical UserInterface（图形用户接口

20、）图 1.1 虚拟仪器的内部功能划分虚拟仪器最核心的思想是利用计算机的强大资源使本来需要硬件实现的技术软件化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。因此，虚拟仪器受益和3）。第一章绪论依赖于计算机技术。其外部特征与传统的仪器有较大的不同，其中最突出的特点就是面板及相应的控件和指示器等，不再是由一些物理的实体所构成，而是由计算机内部强大的图形环境和在线帮助功能建立起来的虚拟面板所替代，人们称之为“软面板”；从内部特征看，原来智能仪器中较为复杂的微处理器及其固件，现在大多可共享计算机内部的软、硬件资源，并借助其完善的数据分析和处理能力，实现测试仪器所需的全部测试功能。因此，从这个意义上

21、讲，以虚拟仪器为基础所构成的自动测试系统方案应具备如下要素和特征：(1)以个人计算机为核心；(2)具有足够的仪器硬件功能；(3)以强大的仪器操作和测试等软件为支撑；(4)强调在通用计算机平台上用灵活的虚拟软面板实现仪器的测试和控制功能等。虚拟仪器的特定形式使其具有如下特点：456(1)强调“软件就是仪器”的新概念。在虚拟仪器中，仪器的功能和性能的实现，除了必备的硬件系统之外，大多采用硬件软件化或以软件代硬件技术，来完成复杂的控制、分析或处理等能力。因而从这个意义上讲，虚拟仪器对软件更具依赖性。(2)打破传统仪器小而全且各仪器资源不能共享的现状。可将传统仪器的公共部分如显示、储存、打印及微处理器

22、控制管理等，都由计算机来完成，即无论任何功能的仪器都可利用或共享计算机的这些公共资源，而无需重复的设计。(3)具有模块化、开放性及互换性的特点和好的资源的复用性，同时可方便、经济地组建或重构自动测试系统。用户可根据自己的需要选购不同功能的卡式或模块化仪器，并可随测试任务的不同而灵活组合，提高仪器资源的可再用性。(4)可自定义仪器功能。传统的仪器在出厂时，其功能己经确定，用户不能根据自己的需求而随时进行修改，只能一机一用。而虚拟仪器则可借助通用数据采集装置，通过编制不同的软件测试方案，可构造几乎任意功能的仪器，故“软件就是仪器”在这里再次体现。(5)采用虚拟仪器，硬件测试设备与计算机之间的数据“

23、交流”将变得非常方便、直接与迅速。对于普通的测试设备，一般所得到的测试数据需要测试人员手工实时记录。如果数据量比较大，就将使得测试过程变的很冗长、很复杂，不可避免引起测试误差。而且有的常用测试仪器，比如示波器，一般只对被测对象作定性测试，有的示波器带有软盘驱动器，可以先将测试数据存入软盘中，然后再利用软盘与其它分析仪器“交流”数据。如果采用虚拟仪器技术，测试设备所得到的测试结果将会实时、直接的通过计算机的总线，传输到计算机的内存或硬盘，供以后分析使用。这样，一方面避免了数据的传输问题；另一方面可以充分的利用计算机的存储能力。4第一章绪论(6)根据工程的实际需要，使用人员可以通过软件编程或采用现

24、有分析软件，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理，如完成 DFT, FFT 运算、PID 控制、模糊逻辑控制、联合时频分析、数字信号处理、数学分析和数据库联接、统计分析参数调整、单位转换等工作，从而对被测控对象进行进一步的控制。(7)测量输入信号特性(如电压、频率、上升时间等)只需一个量化的数据模块，要测量的信号特性能被数据处理器计算出来，这种将多种测试集于一体的方法缩短了测试时间，从而提高了测试速度。(8)利用计算机强大的图形用户界面(GUI)，虚拟仪器可以采用多种方式显示采集的数据、分析的结果和控制过程，真正做到界面友好、人机交互。虚拟仪器的特点决定了它比传统仪器性能更优越，使用更灵活

25、。虚拟仪器与传统仪器的比较列于表 1-12表 11 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器技术经过十余年的发展，正沿着总线与驱动程序的标准化、硬件/软件的模块化，以及编程平台的图形化和硬件模块的即插即用(Plug&Play )化等方向发展。现在，虚拟仪器技术在发达国家的应用已非常普及，而我国基本上还处于传统测试仪器与计算机相互分离的状态。因此，尽快掌握和运用这一新技术，才能够紧跟时代的步伐，提高自动测试系统的技术水平。1.3 课题的来源、现状及主要研究内容1.3.1 课题来源及研究现状本课题来自江苏奥雷光电有限公司模块生产线。随着光纤通信的迅猛发展，光模块的测试工作量急剧增加，测试内容日趋复杂，对测

26、试设备的功能和性能要求也日益5传 统 仪 器虚 拟 仪 器仪器功能由厂商定义，自成体系功能由用户定义，处理功能随计算机升级功能专用，与其他设备连接受限制面向应用，可与网络、外设和数据库连接功能固定，不可更改的封闭式系统基于计算机的开放、灵活的功能模块组成的平台结构硬件是仪器的关键软件是虚拟仪器的关键技术更新慢技术更新快开发和维护开销高软件使得开发和维护费用降至最低价格昂贵价格低、可复用与可重配置性强第一章绪论提高。在很多情况下，人工测试往往费时费事，达不到光模块大批量生产要求的速度和效率，只有采用自动测试才能解决问题。国内光通讯元件产业长久以来一直依赖大量的人力，期间虽然应尽早实现生产自动化的

27、呼吁在业界人士一直不断，但由于业界缺乏系统整合规划的厂商，加上光通讯产品的特性在导入自动化上有其难度，因此，一直处于雷声大雨点小的阶段。近几年来，光通讯产业在不景气的冲击下，业界呈现出开始致力于降低生产成本，促进生产及测试自动化的趋势。台湾地区的宜捷威科技于 2003 年推出的“快速光传输模块测试系统”为全球第一套全自动测试系统，可对不同规格产品作全参数的测验，大幅降低光电组件测试时间与成本7。但是国外的产品价格往往非常昂贵，因此自主开发符合自身需要的自动测试系统就显得很有必要。随着计算机技术的飞速发展,为现代测量技术与仪器控制领域注入新的活力，新的测试领域、方法以及新的仪器结构不断出现，在许

28、多方面己经突破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用己经发生了质的变化。计算机技术与测试测量仪器技术相结合产生了新的测试仪器虚拟仪器技术。虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的高性价比的新型仪器。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新方向和潮流，对科学技术的发展和工业生产的进步将产生不可估量的影响，同时为自动测试系统的实现提供了有力的工具。因此，本论文在光模块自动测试系统的实现中，引用虚拟仪器的概念、自动测试的体系结构，采用 PC 机作为测试系统的主体，对光模块自动测试系统实现的关键技

29、术及系统设计实现进行研究和探讨。1.3.2 本论文研究的主要内容本论文主要研究在利用现有设备的基础上开发一套基于虚拟仪器技术的光模块自动测试系统，实现对光模块的各项性能参数进行自动测试，以满足生产需要，包括部分硬件的设计和测试软件的开发。其主要研究内容如下：(1)实现对光模块的预偏置电流和背光检测电流进行自动采集，由于偏置监测电流和背光检测电流是模拟量，需要通过模数转换器转换成数字量，通过 RS232 串行口由 PC 机采集，然后经过相应的数据处理换算为电流。通常采用单片机对采集数据进行处理，但以单片机为核心的测试系统存在以下不足：系统的稳定可靠性不太好，软件资源难以利用，控制界面不太友好，数

30、据存储量小和程序修改困难等。因此，设计光模块测试接口电路时，本系统放弃了单片机设计方案，采用性能优良、价格低廉的数据采集芯片方案，直接用计算机控制数据采集模块，电路结构相对简单，相应地可靠6第一章绪论性也提高了。(2) 研 究 利 用 虚 拟 仪 器 软 件 结 构 VISA ( Virtual Instruments SoftwareArchitecture)技术，实现对仪器设备进行驱动和控制。对于没有仪器驱动程序的光功率计、光衰减器等仪器，要先了解各种仪器的工作原理和菜单命令，编写各仪器的驱动和操作程序，我们将使用 SCPI 命令一步步要求仪器完成各项测试任务的过程封装起来，对外留出功能级

31、接口。这样计算机就可以直接和功能级接口进行通信，通过 GPIB接口函数或 VISA 函数对其功能实行调用。(3) 研究利用 LabVIEW 开发基于虚拟仪器技术的光模块自动测试系统测试软件的过程和方法。由于光模块需测试的性能参数繁多，且测试过程复杂，因此如何设计测试系统的结构，实现多种测试功能的集成与综合，以满足光模块测试的需求，是本论文的研究重点和难点。本文根据虚拟仪器的特点，把测试软件划分为四个层次： I/O 接口驱动层、仪器驱动层、虚拟仪器功能层和测试管理层。I/O 接口驱动层是完成对硬件直接操作的软件层，它与仪器硬件以及操作系统有关。仪器驱动层是 I/O 接口驱动层和高层软件联系的桥梁

32、，是实现高层软件与硬件无关的基础。虚拟仪器功能层是具体实现测试功能的软件层，我们运用了软件组件技术实现了虚拟仪器的仪器界面和测试功能的封装，为快速组建各种测试系统奠定了基础。测试管理层是完成测试数据的分析与处理的软件层，可以根据不同需要扩展不同功能，如数据表生成、打印等功能。本论文按照测试系统的设计开发过程，对测试系统的设计和实现做了系统的阐述。全文共分五章，各章研究的主要内容如下：第一章是绪论，介绍自动测试系统的发展，虚拟仪器的概念，本课题来源及研究现状、本论文研究的主要内容。第二章将在对自动测试系统测试的内容、要求作深入分析的基础上提出自动测试系统的总体设计方案，包括硬件设计和软件设计，并

33、对 GPIB 标准接口进行了介绍。第三章则详细介绍了光模块自动测试系统的实现，包括其硬件系统、软件系统。硬件部分采用 PC 机直接对测试偏置监测电流和背光检测电流进行自动采集的方法，还讨论虚拟仪器的软件层次结构以及各个软件层的实现方法。第四章讨论了实现自动测试系统设计的关键技术，通过调用动态链接库实现在LabVIEW 中控制非 NI 公司的 GPIB 接口卡和仪器的方法、测试报告打印的实现方法及对 GPIB 系统中的同步技术分析了其机制和实现方法。第五章是结束语，对本论文的工作进行总结，并对今后的研究方向进行展望。7第二章光模块自动测试系统总体设计第二章光模块自动测试系统总体设计光模块自动测试

34、系统在系统的设计与描述时，采用“自顶向下(TOP-DOWN)”的设计方法，TOP-DOWN 的设计思想主要体现在结构化设计和层次化设计上。在系统的具体设计时首先是对系统进行结构划分。结构划分就是将系统划分为多个功能模块，每个功能模块完成一些相对独立的功能，各功能模块之间是一种松散的联系。层次化设计给出了模块划分的方法，在对系统进行划分时，并不是一次就把系统的所有模块划分的非常细致，而是按照层次化的思想自顶向下逐步细化。光模块自动测试系统的能否如期完成，合理规范的总体设计是关键步骤。本章首先对光模块的测试技术进行介绍，然后对光模块自动测试系统的测试需求进行分析，提出测试系统的设计目标，最后针对测

35、试系统的设计目标进行总体设计。2.1 光模块测试系统概述光模块测试系统的构建与光收发模块的功能、性能、组成等密切相关，本小节首先对光收发模块测试的目的、内容、原理进行介绍，然后对测试系统的一般设计开发过程作一下介绍。2.1.1 光模块测试的目的该测试系统属于产品检验类型，即检查产品的性能是否满足技术要求。通过光模块测试能正确全面的反映光模块的各项参数和指标，并对测试结果是否满足技术要求进行判断，从而淘汰有问题的光模块。光模块必须经过严格的测试，确认它们是合格的，才能出厂。2.1.2 光模块测试的内容1. 眼图分析眼图是判断发射模块输出的光信号质量的好坏的重要手段。利用示波器观察光数字传输系统的

36、眼图是一种便于估计系统性能的常用方法。它不仅可以观察到码间串扰，而且可以观察到波形失真、加性噪声的影响，从而估计出系统传输特性的优劣程度89。眼图是数字基带信号在信道中传输，加入了信道噪声，在接收端，使用示波器采用位同步所产生的图形。之所以有眼是因为采用的是位同步，码字的不确定。眼皮厚度是加入噪声幅度。再从接收原理讲，接收端要通过抽样判决来重现基带信号。当噪声过大时，抽样判决就会产生错误，产生误码。在理想情况下，即当系统没有噪声和码间干扰时，观察到的眼图曲线细致清晰，8第二章光模块自动测试系统总体设计眼睛边缘和眼睛上下端都是由一些清晰圆滑的细线所组成，此时，眼睛的张开幅度是最大的。当系统有噪声

37、和码间干扰影响时，观察到的眼图波形将发生畸变，原来清晰细小的曲线将变得模糊而分散，眼睛的张开幅度变小。当码间干扰变得更严重时， 眼睛”边缘和上下端的曲线也将变得更加模糊，并且呈带状分布，眼睛呈“半闭合”状态。眼图对数字基带信号传输系统的性能给出了很多有用的情况，可以从中看出码间干扰和噪声的大小。利用眼图可以用来实时指示接收滤波器的调整，以减小码间干扰.为了说明眼图和系统性能的关系，我们把眼图简化为一个模型如图 2.1 所示，称为眼图模型。最佳抽样时刻斜率对定时误差的敏感度可以抽样的时间过零点失真图 2.1 眼图的一般描述最大信号失真量噪声容限从眼图模型中，我们可以得到以下信息911：(1)眼图

38、张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然，最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大处；(2)对定时误差的灵敏度，由斜边斜率决定，斜率越陡，对定时误差越灵敏；(3) 在抽样时刻上，眼图上下两分支的垂直宽度，表示了信号最大畸变；(4) 在抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半称为噪声的容限，如噪声瞬时值超过这个容限，则就可能发生错误判决；(5) 眼图倾斜分支与横轴相交的区域大小，表示零点位置的变动范围，即过零点畸变，这个范围的大小对提取定时信息有重要的影响。为了方便地评估光数字传输质量,可采用工程测试常用的眼图模板。若所观察的眼图在眼图模板范围内无乱点，则所传输的数字信号满足规定

39、要求。从眼开度、眼皮厚度、交叉点位置、眼图对称性、迹线粗细度、眼图的上升和下降沿等状态，9“第二章光模块自动测试系统总体设计可以定性地估计码间干扰、加性噪声、均衡优劣和阻抗匹配的大致状况。2. 消光比的测量在数据光传输系统中，一部性能优异的光发射机在传输数字信号过程中，发“0”码时，应无光功率输出。但是，实际的光发射机由于光源器件本身的问题以及直流偏置，致使发“0”码时也有微弱的光输出，由理论分析可见，这种情况将使接收机的灵敏度下降,描述光发射机上述这种性能的指标，就是消光比 EXT。EXT 定义为EXT=10log( P1 / P0 ),式中, P1 是全“1”码时的平均光功率, P0 是全

40、“0”码时的平均光功率81011。消光比描述了激光功率转化为调制功率或信号功率的效率。在保证适当的比特误码率的情况下，消光比越大，信号所能传输的距离越远。因此,EXT 的大小在一定程度上反映了光发射信号信噪比。根据数字信号误码率统计特性分析,信噪比越小,则误码率越大。3.光接收机灵敏度的测量光收发模块的灵敏度是光接收机性能的综合指标911。其定义是：在保证通信质量(限定误码率或信噪比)的前提下，光接收机所需的最小平均接收光功率 min , 整到最佳状态时，能接收到微弱光信号的能力。当测数据传输系统的光接收机灵敏度时, 误码仪发送端模块产生连续或者突发的比特流，作为通信系统的信源数据，接收端模块

41、接收通信系统输出的比特流，并将其12。在光接收机端,逐渐加大光衰减器的衰减量(即表示输入光接收机的输入信号逐渐减少),这时误码率变劣,直到误码率下降到规定的指标以下时,将光功率计接到光衰减器的输出端,由此测得的光功率PPmin 即是接收机的灵敏度。只是误码检测仪读出的是误码率。将测出的 Pmin 值代入式r = 10Lg(Pmin 3) ,即可算出光接收机灵敏度的 dBm 值。104预偏置电流和背光检测电流的测量待测光模块的偏置监测电流和背光检测电流是模拟量，需要通过模数转换器转换成数字量，通过 RS232 串行口由 PC 机采集，然后经过相应的数据处理换算为电流。2.1.3 光模块测试的原理

42、光模块系统测试的基本理论是暗箱理论(如图 2.2 所示)，即被测对象是一个“神秘”的不可及“暗箱”，在不允许打开“暗箱”的情况下又要了解“暗箱”中的“奥秘”。因此，只能通过它的输入产生输出来完成对信息的处理。10通常表示为 Pr = 10Lg 3 min (dBm ) , min 单位为。灵敏度表示光接收机调 10与发送端的比特流进行比较，从而完成误码率测试第二章光模块自动测试系统总体设计被输入信号测光模块输出信号图 2.2 光模块测试系统示意图其中光模块测试系统要完成如下三步工作:向被测对象送出测试的激励信号(测试矢量)；接收被测对象在相应激励下的响应信息；根据激励与响应之间的关系分析。系统

43、工作原理如下：将光模块正确安装在测试板上（测试板的功能是实现电信号与光信号之间转换及电平转换）， 操作人员在计算机提示下选择光模块器件型号，输入要测试参数的合格值，然后选择部分或全部测试项目。微机控制开关阵列，将各种电源、负载、测试线路、误码仪、光衰减器、光功率计、数字通信分析仪等分别有序地投入到测试系统，测试仪器进行各项光模块参数测试，测试的数据通过 GPIB 接口或 RS-232 接口传输给微机，直到完成所有的测试项目，最后微机存盘，显示和打印测试结果。2.1.4 测试系统的一般设计过程设计开发一个测试系统的一般设计流程如图 2.3 所示，设计开发过程通常包括以2(1)需求分析需求分析阶段

44、研究的对象是测试系统的用户要求，只有经过确切描述的需求才能成为测试系统设计的基础。(2)确定设计任务首先根据测试系统最终要实现的设计目标，编写设计任务书，明确测试系统应具备的功能和应达到的目标。设计任务书是测试系统人员进行设计的基础，应力求准确简洁。(3)拟定总体设计方案把测试系统划分为若干个便于实现的功能模块，并分别绘制出相应的硬件和软件工作框图。测试系统中有些功能模块既可以用硬件来实现，也可以用软件来实现，设11下几个阶段 :第二章光模块自动测试系统总体设计计时应该根据测试系统性能价格比、研制周期等因素对硬件、软件的选择作出合理安排。需求分析编写设计任务书拟定总体设计方案权衡软硬件比例确定

45、硬件功能模板电路框图设计硬件电路制作硬件电路调试软件框图设计程序编制软件程序调试装配样机，软硬联调性能测试是否N合格？Y编制技术文档，应用图 2.3 设计开发测试系统的一般过程(4)硬件电路和软件的设计与调试硬件设计的一般过程是：先根据测试系统硬件框图按模块分别对各单元电路进行电路设计；然后再进行硬件合成，即将各单元电路按硬件框图组合在一起，构成一个完整的整机硬件电路图。在完成电路设计之后，即可进行绘制电路板，然后进行装配与调试。软件设计一般按下列步骤进行：即先分析测试系统对软件的要求;然后在此基12第二章光模块自动测试系统总体设计础上进行软件总体设计，包括程序总体结构设计和对程序进行模块化设

46、计，模块化设计即将程序划分为若干个相对独立的模块;接着画出每一个专用模块的详细流程图，并选择合适的语言编写程序；最后按照软件总体设计时给出的结构框图，将各个模块连接成一个完整的程序。在主程序中要合理地调用各模块程序，特别注意各模块入口、出口及对硬件资源占用情况。软件调试也是按模块分别调试，然后再连接起来进行总调。(5)整机联调当硬件、软件分别装配调试合格后，就要对硬件、软件进行联合调试。调试中可能会遇到各种问题，若属于硬件故障，应修改硬件电路的设计:若属于软件问题，应修改程序;若属于系统问题，则应对软件、硬件同时进行修改，如此往复，直至合格为止。2.2 测试系统的设计目标本文研究的光模块自动测

47、试系统的设计目标和基本功能包括:具有较强的通用性，能检测多种不同类型的光模块能为用户提供便于操作的界面，方便用户对测试的内容、测试方法及光模块的信息进行配置或其它操作自动化程度高，能对光模块进行自动测试，并能根据测试数据判断光模块是否合格，所有测试情况均输出测试报告能将所有的测试数据进行记录，并提供用户查看功能，便于用户对数据进行分析和处理2.3 测试系统总体方案设计本测试系统采用自顶向下的设计方法与自底向上的实现方法相结合的技术方案:一方面，在明确被测试对象和设计目标的前提下，自顶向下分析结构层次模型，从总体上建好系统框架，定义其设计目标和测试方法，进行模块分割和软硬件划分，对软硬件进行总体

48、设计。另一方面，在测试系统实现时，首先搭建系统的基本应用框架，定义基本的数据结构、各模块之间的接口关系，然后从基本模块开始，首先实现关键模块，再逐步实现其它模块，最后完善整个测试系统。2.3.1 现有资源分析本课题的内容是利用现有资源，自己设计部分电路搭建一套光模块自动测试系统。该系统的设计和开发是在现有的硬件资源的基础上进行的，要做到最大程度地利用现有资源。现对已有的硬件设备进行分析。13第二章光模块自动测试系统总体设计1. 误码率测试仪 Agilent ParBERT 81250美国安捷伦公司生产的一款并行误码率测试仪，提供具有基于帧的数据包、伪随机序列（PRWS）、达 231-1 用户定

49、义和标准 PRBS 的数据产生，以及对具有序列和循环并行线的实时分析误码率。系统包括主机时钟模块数据模块前端。通道（发生器/分析仪）和速度级 (675 MHz,2.7 Gb/s, 3.35 Gb/s,10.8 Gb/s,43.2 Gb/s)的混用，允许以高达 13.5Gb/s 的数据率在多至 64 个并行输入和输出通道工作。可进行快眼图模板测量（包括自动的阈值调整）、DUT 输出定时测量（包括时滞, 建立和保持时间）、全面的 BER 测量（观察实际和累积 BER，以及 1、0 和总比特差错）。ParBERT 81250软件套件提供通用的测量和软件工具，使用户能进行快速、高效和可靠的测量。2.

50、数字通信分析仪 Agilent 86100B Infiniium DCA美国安捷伦公司生产的一款高速光示波器，可发挥数字通信分析仪和时域反射计的作用。示波器/分析仪相结合，可在最短时间内实现复杂的测量，65 GHz 的光通道带宽和 80 GHz 的电通道带宽，100 Mb/s 到 40 Gb/s 及更高的测试波形模块平台，集成的光通道和电通道，与 83480A/54750A 系列模块兼容 。有三种仪器模式：眼图/眼模（Eye/Mask）模式、TDR/TDT 模式、示波器模式，提供了速率高达 40G 的眼图及消光比测试途径，便于评定高速数字信号的特性。配有 GPIB 接口，符合 IEEE 488

51、.2 标准，并且支持 SCPI(可程控仪器标准命令)。3. 功率计 AV2495 型电子第四十一研究所研制的一种高智能化、高灵敏度、高精度的光功率计，与AV23122/23125/23126 等多种光探测器配用，可进行光功率测量和损耗测量，波长范围 750nm1750nm（AV23126 探测器），功率范围703dBm，功率灵敏度 1pW,功率准确度5%，分辨率 0.001dB，有 Watts，dBm，和 dB（REL）三种测量方式，工作温度10到+50，配有 GPIB 接口，符合 IEEE 488.2 标准。4. 光衰减器 AV6381 型电子第四十一研究所研制的一种衰减值连续可变的光衰减器，能在 1310nm 和1550nm 波段对整个 60dB 衰减范围进行标定。波长范围 1200nm1650nm，衰减范围 060dB，显示分辨率 0.01dB，衰减准确度(线性) 0.2dB(SM)，回波损耗 45dB(SM)，工作温度 0+45，配有 GPIB 接口，符合 IEEE 488.2 标准。5. GPIB 接口卡 (PCI-GPIB 82350A 型)及电缆美国 Agilent 公司生产的，符合 IEEE 488.2 标准，其通过 PCI 总线与计算机进行通讯，GPIB 接口卡及电缆是该系统的纽带，是仪器之间以及计算机与