摘 要:研究了虛擬儀器技術(shù)在光通信產(chǎn)品參數(shù)測(cè)量過程中的應(yīng)用。光模塊是光纖通訊收發(fā)端光電轉(zhuǎn)換器和電路控制器的組合,其作用是實(shí)現(xiàn)光/電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。采用虛擬儀器技術(shù)組建光模塊測(cè)試系統(tǒng)具有開發(fā)周期短、成本低的特點(diǎn),同時(shí)又具有很強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性,能夠大大縮短光模塊主要參數(shù)的測(cè)試時(shí)間、簡(jiǎn)化測(cè)試過程以及實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程的自動(dòng)化。
關(guān)鍵詞:虛擬儀器;光模塊;自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
1. 虛擬儀器介紹
目前,國(guó)內(nèi)企業(yè)在光通信產(chǎn)品的參數(shù)測(cè)試過程中主要還是使用國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)測(cè)試設(shè)備,各種測(cè)試儀器之間大多是孤立的,而且主要是用手調(diào)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(shù)據(jù);這樣不僅測(cè)試過程操作繁雜,容易出錯(cuò),而且重要的是測(cè)試效率太低。而且現(xiàn)在國(guó)內(nèi)光通信產(chǎn)業(yè)不是很景氣,因此提高生產(chǎn)率、降低成本、實(shí)現(xiàn)光通信模塊測(cè)試自動(dòng)化成為提高光電企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵之一。
本文研究利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)光模塊各項(xiàng)性能參數(shù)的自動(dòng)測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物,它由計(jì)算機(jī)、軟件包、儀器硬件組成。采用虛擬儀器軟件技術(shù),可以解決自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)彼此間不兼容,達(dá)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(dòng)測(cè)試系統(tǒng),利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能,可方便地進(jìn)行信號(hào)分析、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、傳輸以及顯示等。
VISA是虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)稱。
VISA標(biāo)準(zhǔn)的提出統(tǒng)一了儀器工業(yè)的軟件接口標(biāo)準(zhǔn),使得儀器驅(qū)動(dòng)程序兼容性強(qiáng),二次開發(fā)變得很容易,并且可適應(yīng)未來軟硬件的發(fā)展需要。
2. 光模塊測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)原理
本測(cè)試系統(tǒng)使用的測(cè)試儀器設(shè)備有Agilent 公司的數(shù)字通信分析儀86100B、E8403A VXI機(jī)箱、VXI 81250誤碼儀模塊、中國(guó)電子科技集團(tuán)第41研究所AV2495光功率計(jì)、AV6381可編程光衰減器等。其中86100B、AV2495光功率計(jì)、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(cè)試儀器連接起來整合到一套完整的系統(tǒng)中,使用Agilent VISA庫(kù)編寫測(cè)試應(yīng)用程序控制儀器操作。Agilent VXI 81250誤碼儀模塊在使用時(shí)插入Agilent E8403A VXI機(jī)箱中,計(jì)算機(jī)中需要插入美國(guó)旭電公司的PCI IEEE1394卡,VXI機(jī)箱0槽模塊E8491B與計(jì)算機(jī)中的1394卡通過IEEE 1394 PC Link to VXI電纜連接。對(duì)于Agilent 81250模塊,也是在Agilent VISA庫(kù)的基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)它的控制操作。
3. 光模塊測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)成
本測(cè)試系統(tǒng)主要由測(cè)試電路板部分、測(cè)試控制中心(計(jì)算機(jī))兩個(gè)部分組成。
本測(cè)試系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。
圖1光模塊通用測(cè)試系統(tǒng)組成原理
3.1 測(cè)試板電路部分主要實(shí)現(xiàn)的功能有:
a.實(shí)現(xiàn)高低告警信號(hào)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(jī)端口控制光開關(guān)、電開關(guān)切換電通路和光通路。本系統(tǒng)采用了中國(guó)電子科技集團(tuán)第34研究所的2x2光開關(guān)。
3.2 測(cè)試控制中心(計(jì)算機(jī))部分主要實(shí)現(xiàn)的功能有:
a.控制 Agilent81250 VXI模塊化儀器。在實(shí)現(xiàn)的軟件中可以設(shè)置誤碼儀測(cè)量二進(jìn)制誤碼的模式(1誤碼/0誤碼/全誤碼)等參數(shù)。以及控制誤碼儀開始和停止發(fā)送電信號(hào)。最后可以顯示誤碼率計(jì)算結(jié)果值。
b.控制AV2495光功率計(jì)、AV6381光衰減器及Agilent DCA 86100B。對(duì)這些儀器可以通過發(fā)送GPIB命令設(shè)置測(cè)量?jī)x器的各項(xiàng)初始參數(shù)及讀取測(cè)量結(jié)果。
c.通過計(jì)算機(jī)RS232串口,計(jì)算機(jī)與Atmel公司的AT89C51單片機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(cè)量以及計(jì)算機(jī)向單片機(jī)發(fā)送命令控制光電開關(guān)的切換。
d.將測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中,方便管理與查詢。
本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以測(cè)試四種類型的光模塊。這四種模塊的參數(shù)不同。這可以在計(jì)算機(jī)軟件中修改參數(shù)設(shè)置來實(shí)現(xiàn)測(cè)試四種類型的光模塊。
4. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)
4.1 誤碼儀程序控制
對(duì)誤碼儀的控制以美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instrument)的圖形化編程軟件LabVIEW7.0為基礎(chǔ),根據(jù)Agilent公司提供的函數(shù)面板文件,由LabVIEW中的轉(zhuǎn)換功能,將VISA庫(kù)轉(zhuǎn)換成LabVIEW下可以直接調(diào)用的小圖標(biāo)(每個(gè)小圖標(biāo)代表VISA庫(kù)中的一個(gè)基本函數(shù))。然后根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能,把這些小圖標(biāo)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(cè)試光模塊接收端靈敏度時(shí),先在程序中設(shè)置好誤碼儀的各項(xiàng)參數(shù)值,如誤碼儀測(cè)量二進(jìn)制誤碼的模式、發(fā)送/接收的數(shù)據(jù)流序列等,設(shè)置光衰減器的參數(shù)值,如要衰減的光的波長(zhǎng)、校準(zhǔn)因子、衰減值等,設(shè)置光功率計(jì)的各項(xiàng)參數(shù),如要測(cè)量的光的波長(zhǎng),量程等,然后啟動(dòng)誤碼儀發(fā)送電信號(hào),每隔一秒計(jì)算機(jī)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(shù)值(可以根據(jù)需要設(shè)置),再次讀誤碼率值,如果產(chǎn)生誤碼,則控制光衰減器的值到上一次不產(chǎn)生誤碼時(shí)的狀態(tài),程序讀光功率計(jì)的值,即為靈敏度值,如果不產(chǎn)生誤碼,則光衰減器繼續(xù)衰減一定的數(shù)值,直到產(chǎn)生誤碼為止。
4.3 光模塊高低告警
測(cè)試光模塊高低告警值時(shí),同樣需要首先設(shè)置好誤碼儀、光衰減器、光功率計(jì)的參數(shù),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(hào),使光模塊發(fā)出光信號(hào)。在計(jì)算機(jī)程序中控制光衰減器增加衰減,當(dāng)單片機(jī)P1.0端口線采集到SD信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí),規(guī)定單片機(jī)向計(jì)算機(jī)串口發(fā)送命令0xaa,計(jì)算機(jī)接收到此命令后讀取光功率計(jì)的值,即高告警值;當(dāng)SD信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí),規(guī)定單片機(jī)向計(jì)算機(jī)串口發(fā)送命令0x05,計(jì)算機(jī)接收到命令后讀取光功率計(jì)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(cè)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(shí)現(xiàn)電流/電壓的轉(zhuǎn)換,通過適當(dāng)選擇Rsense、RG1、RG2的電阻值,可以調(diào)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(zhuǎn)換成適合于ADC0809的單端電壓信號(hào),然后把此電壓信號(hào)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(hào)傳給89C51單片機(jī)的P0端口,然后再由單片機(jī)通過Rx與Tx端與PC機(jī)的串行通信端口進(jìn)行通信。
圖2 測(cè)試板電路圖
4.5 測(cè)量通路的切換
計(jì)算機(jī)需要給單片機(jī)發(fā)送命令控制單片機(jī)動(dòng)作,在本系統(tǒng)中規(guī)定了一系列命令用于控制電開關(guān)1、電開關(guān)2以及光開關(guān)正確地切換電通路和光通路??梢杂蓡纹瑱C(jī)端口向光開關(guān)、電開關(guān)相應(yīng)引腳發(fā)送脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)切換測(cè)量通路。
圖3 用LabVIEW軟件編寫控制誤碼儀測(cè)試靈敏度的程序
5 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以后將應(yīng)用于江蘇奧雷光電有限公司光模塊產(chǎn)品的參數(shù)自動(dòng)測(cè)試過程中,能夠加速光電企業(yè)產(chǎn)品上市時(shí)間,增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
目前國(guó)內(nèi)在光通信產(chǎn)品測(cè)試過程中利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試的應(yīng)用還很少。這是虛擬儀器技術(shù)在光通信產(chǎn)品測(cè)試中的一個(gè)應(yīng)用,相信隨著國(guó)內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展,越來越多的國(guó)內(nèi)企業(yè)將使用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)各種測(cè)試應(yīng)用系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
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