虛擬儀器技術在光模塊自動測試系統(tǒng)中的應用
訊石光通訊網
2009/10/13 16:43:01
摘 要：研究了虛擬儀器技術在光通信產品參數測量過程中的應用。光模塊是光纖通訊收發(fā)端光電轉換器和電路控制器的組合，其作用是實現光/電信號的轉換。采用虛擬儀器技術組建光模塊測試系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、成本低的特點，同時又具有很強的兼容性和擴展性，能夠大大縮短光模塊主要參數的測試時間、簡化測試過程以及實現測試過程的自動化。
關鍵詞：虛擬儀器;光模塊;自動測試系統(tǒng)
1. 虛擬儀器介紹
目前，國內企業(yè)在光通信產品的參數測試過程中主要還是使用國內外的先進測試設備，各種測試儀器之間大多是孤立的，而且主要是用手調儀器控制面板上的各種旋鈕、按鈕，用人眼觀看儀器上的波形或數據;這樣不僅測試過程操作繁雜，容易出錯，而且重要的是測試效率太低。而且現在國內光通信產業(yè)不是很景氣，因此提高生產率、降低成本、實現光通信模塊測試自動化成為提高光電企業(yè)市場競爭力的關鍵之一。
本文研究利用虛擬儀器技術實現光模塊各項性能參數的自動測試過程。
1.1 虛擬儀器及VISA（虛擬儀器軟件體系）
虛擬儀器是傳統(tǒng)儀器與計算機技術深層次結合的產物，它由計算機、軟件包、儀器硬件組成。采用虛擬儀器軟件技術，可以解決自動測試系統(tǒng)彼此間不兼容，達到共享硬件和軟件的目的，利用通用硬件模塊，可以快速、方便地組建各種自動測試系統(tǒng)，利用計算機的強大功能，可方便地進行信號分析、數據處理、存儲、傳輸以及顯示等。
VISA是虛擬儀器軟件體系結構的簡稱。
VISA標準的提出統(tǒng)一了儀器工業(yè)的軟件接口標準，使得儀器驅動程序兼容性強，二次開發(fā)變得很容易，并且可適應未來軟硬件的發(fā)展需要。
2. 光模塊測試系統(tǒng)結構與實現原理
本測試系統(tǒng)使用的測試儀器設備有Agilent 公司的數字通信分析儀86100B、E8403A VXI機箱、VXI 81250誤碼儀模塊、中國電子科技集團第41研究所AV2495光功率計、AV6381可編程光衰減器等。其中86100B、AV2495光功率計、AV6381可編程光衰減器都帶有GPIB接口，可通過Agilent公司的GPIB卡把這些帶有GPIB接口的測試儀器連接起來整合到一套完整的系統(tǒng)中，使用Agilent VISA庫編寫測試應用程序控制儀器操作。Agilent VXI 81250誤碼儀模塊在使用時插入Agilent E8403A VXI機箱中，計算機中需要插入美國旭電公司的PCI IEEE1394卡，VXI機箱0槽模塊E8491B與計算機中的1394卡通過IEEE 1394 PC Link to VXI電纜連接。對于Agilent 81250模塊，也是在Agilent VISA庫的基礎上編寫應用程序實現對它的控制操作。
3. 光模塊測試系統(tǒng)的構成
本測試系統(tǒng)主要由測試電路板部分、測試控制中心（計算機）兩個部分組成。
本測試系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。
圖1光模塊通用測試系統(tǒng)組成原理
3.1 測試板電路部分主要實現的功能有：
a.實現高低告警信號的俘獲。
b.光模塊發(fā)射端、接收端工作電流的采集。
c.由Atmel公司的89C51單片機端口控制光開關、電開關切換電通路和光通路。本系統(tǒng)采用了中國電子科技集團第34研究所的2x2光開關。
3.2 測試控制中心（計算機）部分主要實現的功能有:
a.控制 Agilent81250 VXI模塊化儀器。在實現的軟件中可以設置誤碼儀測量二進制誤碼的模式（1誤碼/0誤碼/全誤碼）等參數。以及控制誤碼儀開始和停止發(fā)送電信號。最后可以顯示誤碼率計算結果值。
b.控制AV2495光功率計、AV6381光衰減器及Agilent DCA 86100B。對這些儀器可以通過發(fā)送GPIB命令設置測量儀器的各項初始參數及讀取測量結果。
c.通過計算機RS232串口，計算機與Atmel公司的AT89C51單片機通信，實現計算機采集光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流、高低告警值的測量以及計算機向單片機發(fā)送命令控制光電開關的切換。
d.將測試結果存儲到數據庫中，方便管理與查詢。
本自動測試系統(tǒng)可以測試四種類型的光模塊。這四種模塊的參數不同。這可以在計算機軟件中修改參數設置來實現測試四種類型的光模塊。
4. 系統(tǒng)設計技術實現
4.1 誤碼儀程序控制
對誤碼儀的控制以美國國家儀器公司（National Instrument）的圖形化編程軟件LabVIEW7.0為基礎，根據Agilent公司提供的函數面板文件，由LabVIEW中的轉換功能，將VISA庫轉換成LabVIEW下可以直接調用的小圖標（每個小圖標代表VISA庫中的一個基本函數）。然后根據要實現的功能，把這些小圖標用線連接起來。如圖3。
4.2 光模塊接收端靈敏度
接收端靈敏度定義為誤碼率超過所能接收規(guī)定量前接收端的最低光輸入功率。測試光模塊接收端靈敏度時，先在程序中設置好誤碼儀的各項參數值，如誤碼儀測量二進制誤碼的模式、發(fā)送/接收的數據流序列等，設置光衰減器的參數值，如要衰減的光的波長、校準因子、衰減值等，設置光功率計的各項參數，如要測量的光的波長，量程等，然后啟動誤碼儀發(fā)送電信號，每隔一秒計算機讀誤碼率值，連續(xù)讀5次，如果誤碼率都為零，則由程序控制光衰減值衰減一定的數值（可以根據需要設置），再次讀誤碼率值，如果產生誤碼，則控制光衰減器的值到上一次不產生誤碼時的狀態(tài)，程序讀光功率計的值，即為靈敏度值，如果不產生誤碼，則光衰減器繼續(xù)衰減一定的數值，直到產生誤碼為止。
4.3 光模塊高低告警
測試光模塊高低告警值時，同樣需要首先設置好誤碼儀、光衰減器、光功率計的參數，只是不需要讀誤碼率值，誤碼儀的功能僅僅是給光模塊提供電信號，使光模塊發(fā)出光信號。在計算機程序中控制光衰減器增加衰減，當單片機P1.0端口線采集到SD信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，規(guī)定單片機向計算機串口發(fā)送命令0xaa，計算機接收到此命令后讀取光功率計的值，即高告警值;當SD信號由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，規(guī)定單片機向計算機串口發(fā)送命令0x05，計算機接收到命令后讀取光功率計的值，即低告警值。
4.4 光模塊發(fā)射接收端工作電流的采集
本系統(tǒng)中采用了MAXIM公司的MAX472電流檢測放大器芯片來采集光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流大小。MAX472芯片可以實現電流/電壓的轉換，通過適當選擇Rsense、RG1、RG2的電阻值，可以調整電壓與電流的比值，因此就可以把光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流轉換成適合于ADC0809的單端電壓信號，然后把此電壓信號接到ADC0809的模擬輸入采集通道（如圖2所示）。ADC0809將采集到的信號傳給89C51單片機的P0端口，然后再由單片機通過Rx與Tx端與PC機的串行通信端口進行通信。
圖2 測試板電路圖
4.5 測量通路的切換
計算機需要給單片機發(fā)送命令控制單片機動作，在本系統(tǒng)中規(guī)定了一系列命令用于控制電開關1、電開關2以及光開關正確地切換電通路和光通路?？梢杂蓡纹瑱C端口向光開關、電開關相應引腳發(fā)送脈沖信號實現切換測量通路。
圖3 用LabVIEW軟件編寫控制誤碼儀測試靈敏度的程序
5 結束語
本系統(tǒng)實現以后將應用于江蘇奧雷光電有限公司光模塊產品的參數自動測試過程中,能夠加速光電企業(yè)產品上市時間，增強企業(yè)競爭力。
目前國內在光通信產品測試過程中利用虛擬儀器技術實現自動測試的應用還很少。這是虛擬儀器技術在光通信產品測試中的一個應用，相信隨著國內虛擬儀器技術的發(fā)展，越來越多的國內企業(yè)將使用虛擬儀器技術開發(fā)各種測試應用系統(tǒng)。
參考文獻
[1] 趙會兵，虛擬儀器技術規(guī)范與系統(tǒng)集成，清華大學出版社，2003年8月
[2] 黃艷，肖鐵軍，黃建文，虛擬儀器中的VISA及其實現，江蘇理工大學學報，2000年01期
關鍵詞：虛擬儀器;光模塊;自動測試系統(tǒng)
1. 虛擬儀器介紹
目前，國內企業(yè)在光通信產品的參數測試過程中主要還是使用國內外的先進測試設備，各種測試儀器之間大多是孤立的，而且主要是用手調儀器控制面板上的各種旋鈕、按鈕，用人眼觀看儀器上的波形或數據;這樣不僅測試過程操作繁雜，容易出錯，而且重要的是測試效率太低。而且現在國內光通信產業(yè)不是很景氣，因此提高生產率、降低成本、實現光通信模塊測試自動化成為提高光電企業(yè)市場競爭力的關鍵之一。
本文研究利用虛擬儀器技術實現光模塊各項性能參數的自動測試過程。
1.1 虛擬儀器及VISA（虛擬儀器軟件體系）
虛擬儀器是傳統(tǒng)儀器與計算機技術深層次結合的產物，它由計算機、軟件包、儀器硬件組成。采用虛擬儀器軟件技術，可以解決自動測試系統(tǒng)彼此間不兼容，達到共享硬件和軟件的目的，利用通用硬件模塊，可以快速、方便地組建各種自動測試系統(tǒng)，利用計算機的強大功能，可方便地進行信號分析、數據處理、存儲、傳輸以及顯示等。
VISA是虛擬儀器軟件體系結構的簡稱。
VISA標準的提出統(tǒng)一了儀器工業(yè)的軟件接口標準，使得儀器驅動程序兼容性強，二次開發(fā)變得很容易，并且可適應未來軟硬件的發(fā)展需要。
2. 光模塊測試系統(tǒng)結構與實現原理
本測試系統(tǒng)使用的測試儀器設備有Agilent 公司的數字通信分析儀86100B、E8403A VXI機箱、VXI 81250誤碼儀模塊、中國電子科技集團第41研究所AV2495光功率計、AV6381可編程光衰減器等。其中86100B、AV2495光功率計、AV6381可編程光衰減器都帶有GPIB接口，可通過Agilent公司的GPIB卡把這些帶有GPIB接口的測試儀器連接起來整合到一套完整的系統(tǒng)中，使用Agilent VISA庫編寫測試應用程序控制儀器操作。Agilent VXI 81250誤碼儀模塊在使用時插入Agilent E8403A VXI機箱中，計算機中需要插入美國旭電公司的PCI IEEE1394卡，VXI機箱0槽模塊E8491B與計算機中的1394卡通過IEEE 1394 PC Link to VXI電纜連接。對于Agilent 81250模塊，也是在Agilent VISA庫的基礎上編寫應用程序實現對它的控制操作。
3. 光模塊測試系統(tǒng)的構成
本測試系統(tǒng)主要由測試電路板部分、測試控制中心（計算機）兩個部分組成。
本測試系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。
圖1光模塊通用測試系統(tǒng)組成原理
3.1 測試板電路部分主要實現的功能有：
a.實現高低告警信號的俘獲。
b.光模塊發(fā)射端、接收端工作電流的采集。
c.由Atmel公司的89C51單片機端口控制光開關、電開關切換電通路和光通路。本系統(tǒng)采用了中國電子科技集團第34研究所的2x2光開關。
3.2 測試控制中心（計算機）部分主要實現的功能有:
a.控制 Agilent81250 VXI模塊化儀器。在實現的軟件中可以設置誤碼儀測量二進制誤碼的模式（1誤碼/0誤碼/全誤碼）等參數。以及控制誤碼儀開始和停止發(fā)送電信號。最后可以顯示誤碼率計算結果值。
b.控制AV2495光功率計、AV6381光衰減器及Agilent DCA 86100B。對這些儀器可以通過發(fā)送GPIB命令設置測量儀器的各項初始參數及讀取測量結果。
c.通過計算機RS232串口，計算機與Atmel公司的AT89C51單片機通信，實現計算機采集光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流、高低告警值的測量以及計算機向單片機發(fā)送命令控制光電開關的切換。
d.將測試結果存儲到數據庫中，方便管理與查詢。
本自動測試系統(tǒng)可以測試四種類型的光模塊。這四種模塊的參數不同。這可以在計算機軟件中修改參數設置來實現測試四種類型的光模塊。
4. 系統(tǒng)設計技術實現
4.1 誤碼儀程序控制
對誤碼儀的控制以美國國家儀器公司（National Instrument）的圖形化編程軟件LabVIEW7.0為基礎，根據Agilent公司提供的函數面板文件，由LabVIEW中的轉換功能，將VISA庫轉換成LabVIEW下可以直接調用的小圖標（每個小圖標代表VISA庫中的一個基本函數）。然后根據要實現的功能，把這些小圖標用線連接起來。如圖3。
4.2 光模塊接收端靈敏度
接收端靈敏度定義為誤碼率超過所能接收規(guī)定量前接收端的最低光輸入功率。測試光模塊接收端靈敏度時，先在程序中設置好誤碼儀的各項參數值，如誤碼儀測量二進制誤碼的模式、發(fā)送/接收的數據流序列等，設置光衰減器的參數值，如要衰減的光的波長、校準因子、衰減值等，設置光功率計的各項參數，如要測量的光的波長，量程等，然后啟動誤碼儀發(fā)送電信號，每隔一秒計算機讀誤碼率值，連續(xù)讀5次，如果誤碼率都為零，則由程序控制光衰減值衰減一定的數值（可以根據需要設置），再次讀誤碼率值，如果產生誤碼，則控制光衰減器的值到上一次不產生誤碼時的狀態(tài)，程序讀光功率計的值，即為靈敏度值，如果不產生誤碼，則光衰減器繼續(xù)衰減一定的數值，直到產生誤碼為止。
4.3 光模塊高低告警
測試光模塊高低告警值時，同樣需要首先設置好誤碼儀、光衰減器、光功率計的參數，只是不需要讀誤碼率值，誤碼儀的功能僅僅是給光模塊提供電信號，使光模塊發(fā)出光信號。在計算機程序中控制光衰減器增加衰減，當單片機P1.0端口線采集到SD信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，規(guī)定單片機向計算機串口發(fā)送命令0xaa，計算機接收到此命令后讀取光功率計的值，即高告警值;當SD信號由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，規(guī)定單片機向計算機串口發(fā)送命令0x05，計算機接收到命令后讀取光功率計的值，即低告警值。
4.4 光模塊發(fā)射接收端工作電流的采集
本系統(tǒng)中采用了MAXIM公司的MAX472電流檢測放大器芯片來采集光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流大小。MAX472芯片可以實現電流/電壓的轉換，通過適當選擇Rsense、RG1、RG2的電阻值，可以調整電壓與電流的比值，因此就可以把光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流轉換成適合于ADC0809的單端電壓信號，然后把此電壓信號接到ADC0809的模擬輸入采集通道（如圖2所示）。ADC0809將采集到的信號傳給89C51單片機的P0端口，然后再由單片機通過Rx與Tx端與PC機的串行通信端口進行通信。
圖2 測試板電路圖
4.5 測量通路的切換
計算機需要給單片機發(fā)送命令控制單片機動作，在本系統(tǒng)中規(guī)定了一系列命令用于控制電開關1、電開關2以及光開關正確地切換電通路和光通路?？梢杂蓡纹瑱C端口向光開關、電開關相應引腳發(fā)送脈沖信號實現切換測量通路。
圖3 用LabVIEW軟件編寫控制誤碼儀測試靈敏度的程序
5 結束語
本系統(tǒng)實現以后將應用于江蘇奧雷光電有限公司光模塊產品的參數自動測試過程中,能夠加速光電企業(yè)產品上市時間，增強企業(yè)競爭力。
目前國內在光通信產品測試過程中利用虛擬儀器技術實現自動測試的應用還很少。這是虛擬儀器技術在光通信產品測試中的一個應用，相信隨著國內虛擬儀器技術的發(fā)展，越來越多的國內企業(yè)將使用虛擬儀器技術開發(fā)各種測試應用系統(tǒng)。
參考文獻
[1] 趙會兵，虛擬儀器技術規(guī)范與系統(tǒng)集成，清華大學出版社，2003年8月
[2] 黃艷，肖鐵軍，黃建文，虛擬儀器中的VISA及其實現，江蘇理工大學學報，2000年01期
新聞來源：訊石光通訊網