摘 要：研究了虛擬儀器技術(shù)在光通信產(chǎn)品參數(shù)測量過程中的應(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，其作用是實現(xiàn)光/電信號的轉(zhuǎn)換。采用虛擬儀器技術(shù)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(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性，能夠大大縮短光模塊主要參數(shù)的測試時間、簡化測試過程以及實現(xiàn)測試過程的自動化。

關(guān)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(nèi)企業(yè)在光通信產(chǎn)品的參數(shù)測試過程中主要還是使用國內(nèi)外的先進(jìn)測試設(shè)備，各種測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(xiàn)在國內(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、實現(xiàn)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(guān)鍵之一。

本文研究利用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)光模塊各項性能參數(shù)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(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，它由計算機(jī)、軟件包、儀器硬件組成。采用虛擬儀器軟件技術(shù)，可以解決自動測試系統(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測試系統(tǒng)，利用計算機(jī)的強(qiáng)大功能，可方便地進(jìn)行信號分析、數(shù)據(jù)處理、存儲、傳輸以及顯示等。

VISA是虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)的簡稱。

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. 光模塊測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)原理

本測試系統(tǒng)使用的測試儀器設(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、中國電子科技集團(tuán)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(yīng)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(jī)箱中，計算機(jī)中需要插入美國旭電公司的PCI IEEE1394卡，VXI機(jī)箱0槽模塊E8491B與計算機(jī)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(chǔ)上編寫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對它的控制操作。

3. 光模塊測試系統(tǒng)的構(gòu)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(jī)）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(xiàn)的功能有：

a.實現(xiàn)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(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)采用了中國電子科技集團(tuán)第34研究所的2x2光開關(guān)。

3.2 測試控制中心（計算機(jī)）部分主要實現(xiàn)的功能有:

a.控制 Agilent81250 VXI模塊化儀器。在實現(xiàn)的軟件中可以設(shè)置誤碼儀測量二進(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。最后可以顯示誤碼率計算結(jié)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(shè)置測量儀器的各項初始參數(shù)及讀取測量結(jié)果。

c.通過計算機(jī)RS232串口，計算機(jī)與Atmel公司的AT89C51單片機(jī)通信，實現(xiàn)計算機(jī)采集光模塊發(fā)射端與接收端的工作電流、高低告警值的測量以及計算機(jī)向單片機(jī)發(fā)送命令控制光電開關(guān)的切換。

d.將測試結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)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(shù)不同。這可以在計算機(jī)軟件中修改參數(shù)設(shè)置來實現(xiàn)測試四種類型的光模塊。

4. 系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)

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(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庫轉(zhuǎn)換成LabVIEW下可以直接調(diào)用的小圖標(biāo)（每個小圖標(biāo)代表VISA庫中的一個基本函數(shù)）。然后根據(jù)要實現(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。測試光模塊接收端靈敏度時，先在程序中設(shè)置好誤碼儀的各項參數(shù)值，如誤碼儀測量二進(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、校準(zhǔn)因子、衰減值等，設(shè)置光功率計的各項參數(shù)，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(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)生誤碼時的狀態(tài)，程序讀光功率計的值，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

測試光模塊高低告警值時，同樣需要首先設(shè)置好誤碼儀、光衰減器、光功率計的參數(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，使光模塊發(fā)出光信號。在計算機(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信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，規(guī)定單片機(jī)向計算機(jī)串口發(fā)送命令0xaa，計算機(jī)接收到此命令后讀取光功率計的值，即高告警值;當(dāng)SD信號由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，規(guī)定單片機(jī)向計算機(jī)串口發(fā)送命令0x05，計算機(jī)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(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，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(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 測試板電路圖

4.5 測量通路的切換

計算機(jī)需要給單片機(jī)發(fā)送命令控制單片機(jī)動作，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。可以由單片機(jī)端口向光開關(guān)、電開關(guān)相應(yīng)引腳發(fā)送脈沖信號實現(xiàn)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(jié)束語

本系統(tǒng)實現(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)自動測試過程中,能夠加速光電企業(yè)產(chǎn)品上市時間，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。

目前國內(nèi)在光通信產(chǎn)品測試過程中利用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)自動測試的應(yīng)用還很少。這是虛擬儀器技術(shù)在光通信產(chǎn)品測試中的一個應(yīng)用，相信隨著國內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，越來越多的國內(nèi)企業(yè)將使用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)各種測試應(yīng)用系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙會兵，虛擬儀器技術(shù)規(guī)范與系統(tǒng)集成，清華大學(xué)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(xiàn)，江蘇理工大學(xué)學(xué)報，2000年01期