專利名稱：一種突發模式光功率測量方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種突發模式光功率測量方法和裝置。
背景技術：
無源光網絡是一點到多點系統， 一個光線路終端(0LT)與多個光網絡終端 (ONT)通過樹形光纖鏈路連接，不僅共享了部分的光纖鏈路資源、分攤了光線 路終端(0LT)成本，與此同時由于無源光網絡不需要中途的光電中繼或者信號 處理，因此具有建網成本低，維護簡單的優點。
在網絡技術方面，無源光網絡(PON)中的上行方向，從各光網絡終端(ONT) 到光線路終端(0LT)的數據傳輸采用時分多址(TDMA)的方式，也是突發數據包的 傳輸。無源光網絡(PON)系統由于各個光網絡終端的位置不同、距離不同、光線 路狀態不同，到達光線路終端的各個光網絡終端光信號幅度不一，要求光線路 終端的接收部分為突發式、高動態范圍。在下行方向，光線路終端(0LT)發出 的信號是廣播式發給所有的多個光網絡終端(ONT)(單點發送，多點接收)，各 用戶需要從中取出發給自己的數據。
光線路終端(OLT)設備可以分為光電模塊和系統主機兩個部分，光電模塊 完成光電信號的轉換，同時提供光電性能的監控與告警，包括接收到的突發光 功率大小。在類似于XPON采用時分復用(TDM)的點到多點系統，光網路終端 的上行數據工作在突發模式下，由于光網路終端的位置不同，所以常常需要光 線路終端的光電模塊實時監控光網路終端(ONT)突發的發光功率，并根據監控 的異常情況上報系統主機。由于光網絡終端(0NT)的發光時隙由光線路終端(0LT)分配，最短的發光時間在數百納秒(比如GEP0N 810ns， GPON 410ns)， 這種特殊的工作方式決定了光線路終端(OLT)模塊，必須使用一種突發的光功 率測量電路，在數百納秒的時間以內獲取突發的光功率值。與此同時，在光線 路終端一側多個光網絡終端(ONT)突發發射的光信號按照分配的不同時隙時分 復用(TDM)信道，這樣必須把測試到突發光功率與不同的光網絡終端(ONT) 對應起來。而且光線路終端(OLT)光電模塊一般僅僅具有兩線式串行總線接口
(It),兩線式串行總線接口 (I2C)的讀取速度較慢(一般支持100K和400KHZ 兩種時鐘頻率)，光線路終端系統主機如何獲取光電模塊測量到的數據，也是 需要解決的問題。
XPON網絡的維護測量設備也需要測量在光線路終端一側接收到光網絡終端 突發發射的光信號功率。類似于光網絡終端設備與光線路終端光電模塊的工作 方式，該類的突發光功率測量的設備也需要建立與光線路終端主機的握手機制， 實現對待測光網絡終端的標記，并實現數據接口功能。
在現有的技術中，有的采用電流-電壓型的對數放大器來進行突發采樣的技 術方案，但是由于電流-電壓型對數放大器的響應時間較長(幾個微秒到幾百微 秒)，即使使用假負載的方式也很難達到數百納秒，難以滿足實際的測試需求。
有的技術方案采用一個光電模塊的管腳輸出與光功率對應成比例的模擬電 壓，由系統主機中的快速模數轉換器獲取光功率數據，不僅成本高而且模擬輸 出的信號由于幅度小在PCB上走線較長而容易受到干擾。
還有通過差分信號產牛突發檢測信號(Burst—Detect)，再由內部時序產生 電路產生控制時序進行突發光功率檢測的技術方案，但是由于無法實現多個光 網絡終端的區分，所以這種技術方案可以應用于手持式突發光功率檢測設備中， 在光分路器靠近光網絡單元(ONT)的一側使用。目前還難以行之有效地解決光 線路終端(OLT)光電模塊突發光信號功率測量和靠近光線路終端(OLT) 側 的手持式突發光信號功率測量。
發明內容
本發明提出的一種突發模式光功率測量方法和裝置，可以測量數百納秒長 度的光信號功率，并且不使用昂貴的高速器件，在降低成本的同時實現了低功 耗。
本發明的上述目的是通過以下技術方案實現的， 一種突發模式光功率測量方法，包括以下歩驟
A、 光電探測器接收光網絡終端發射的光信號，并產生光電流；
B、 通過鏡像電流源產生與平均光電流成比例的鏡像電流；
C、 將鏡像電流放大轉變成電壓信號；
D、 所述電壓信號發送到采樣保持單元；
E、 光線路終端的系統主機產生控制觸發信號，控制采樣保持單元處于采樣 狀態；
F、 當所述電壓信號穩定后，所述光線路終端的系統主機產生控制觸發信號，
控制采樣保持單元處于保持狀態，并且所述光線路終端的系統主機產生控制觸 發信號，控制模數轉換單元將從所述采樣保持單元接收的電壓信號轉換成數字
G、 微控制器收到所述數字量后，根據映射關系，獲取對應的光功率數值， 并輸出給所述光線路終端的系統主機。
步驟G中還包括以下步驟
將所述光功率數值存儲到存儲單元，并通過兩線式串行總線輸出給所述光 線路終端的系統主機。
還包括以下歩驟
所述光線路終端的系統主機根據光網絡終端登錄情況為所述光網絡終端分配時隙；
所述光線路終端的系統主機確定待測的光網絡終端，在其所在時隙開始后 延時預定時間后產生控制觸發信號；
微控制器將獲取的待測的光網絡終端光功率數值存儲到對應的存儲單元；
所述待測的光網絡終端光功率數值輸出到所述光線路終端的系統主機后， 所述光線路終端的系統主機開始控制下一個光網絡終端光功率測量。
所述光線路終端的系統主機產生控制觸發信號為低電平時，采樣保持單元 處于采樣狀態；所述光線路終端的系統主機產生控制觸發信號為高電平時，采 樣保持單元處于保持狀態。
一種突發模式光功率測量裝置，包括光電探測器、光電探測器電源、鏡像 電流源、放大單元、采樣保持單元、模數轉換單元和微控制器，所述光電探測 器與光線路終端中的信號處理單元和所述鏡像電流源分別連接，所述鏡像電流 源還分別與所述光電探測器電源和所述放大單元連接，所述放大單元、采樣保 持單元、模數轉換單元和微控制器依次連接，所述采樣保持單元和所述模數轉 換單元還分別與所述光線路終端的系統主機連接，所述微控制器通過兩線式串 行總線與所述光線路終端的系統主機連接，其中，
所述光電探測器，用于接收所述信號處理單元發來的光信號，并產生光電 流發送給所述鏡像電流源；
所述光電探測器電源，用于為所述光電探測器提供直流偏置；
所述鏡像電流源，用于對應所述光電探測器的平均光電流成比例地產生鏡 像電流；
所述放大單元，用于將所述鏡像電流轉變成電壓信號，并送到所述釆樣保 持單元；
所述釆樣保持單元，用于在所述光線路終端的系統主機的控制觸發信號作用下，將所述電壓信號保持下來；
所述模數轉換單元，用于在所述光線路終端的系統主機的控制觸發信號作 用下，將所述電壓信號進行模數轉換，并將所述電壓信號的數字量發送給所述 微控制器；
所述微控制器，用于根據映射關系，將所述電壓信號的數字量轉換成對應 的光功率數值，并通過所述兩線式串行總線輸出給所述光線路終端的系統主機。 所述微控制器還包括存儲單元，所述存儲單元用于存儲所述光功率數值。 所述光電探測器是光電二極管，所述光電探測器電源是直流電源。 所述光電探測器是雪崩光電二極管，所述光電探測器電源是能夠溫度補償 的直流到直流升壓電源。
采用了本發明的技術方案，通過系統主機控制觸發信號(RSSI—Trigger) 和兩線式串行總線(i2c)的時序控制，實現了測試的標記和測試結果的對應， 同時采樣保持單元與模數轉換單元在控制觸發信號(RSSI_Trigger)的控制下， 采用保持單元將突發的瞬態信號保持下來，大大降低了后續的采樣和微控制器 的速度要求，實現了數百納秒內測試突發光功率。
圖1是本發明具體實施方式
中光線路終端結構示意圖。
圖2是本發明具體實施方式
中突發模式光功率測量流程圖。
圖3是本發明具體實施方式
中要求的時序波形圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明具體實施方式
中光線路終端結構示意圖。如圖1所示，光線 路終端包括光電探測器電源101、鏡像電流源102、光電探測器103、信號處理
單元104、放大單元105、采樣保持單元106、模數轉換單元107、微控制器108 和光線路終端系統主機109。
光電探測器與光線路終端中的信號處理單元和鏡像電流源分別連接，鏡像 電流源還分別與光電探測器電源和放大單元連接，放大單元、采樣保持單元、 模數轉換單元和微控制器依次連接，采樣保持單元和模數轉換單元還分別與光 線路終端系統主機連接，微控制器通過兩線式串行總線與光線路終端的系統主 機連接，微控制器與放大單元連接。
光電探測器電源為光電探測器提供直流偏置，光電探測器接收信號處理單 元發來的光信號，并產生光電流發送給鏡像電流源，鏡像電流源產生與平均光 電流對應成比例的鏡像電流，鏡像電流送到光功率突發測量電路中用于檢測突 發光功率大小，光功率突發測量電路由放大單元、采樣保持單元和模數轉換單 元構成，放大單元將鏡像電流信號轉變成電壓信號，并將其送到與系統主機觸 發控制信號(RSSI—Trigger)相連接的采樣保持單元，采樣保持單元在系統主 機的觸發控制信號(RSSI—Trigger)的控制下，先進入采樣階段，當與突發光 功率成比例的電壓信號穩定之后進入到采樣保持階段，同時觸發模數轉換電路 進行模數轉換，模數轉換的結果送到微控制器屮，微控制器進行運算映射出突 發光功率值，并存放在微控制器的存儲單元中，等待系統主機通過兩線式串行
總線a2c)接口讀取。
光電探測器可以是光電—極管(PIN)或者雪崩光電二極管(APD)，當光電 探測器為光電二極管(PIN)時，對應光電探測器電源可為直流電壓源；當光電 探測器為雪崩光電二極管(APD)時，對應的光電探測器電源為帶溫度補償功能 的直流到直流升壓電源。在一個具體實施方式
中，光電探測器部分選用了雪崩光電二極管(APD)，
對應的光電探測器電源選用了直流到直流的型號為MAX5026的升壓芯片(DC-DC booster),微控制器MCU Aduc7020內部的數模轉換電路(DAC)或者脈寬調制 電路(PmO，決定升壓芯片輸出的雪崩光電二極管(APD)偏置電壓值，根據微 控制器(MCU)內部的溫度傳感器的反饋，數模轉換電路或者脈寬調制電路調整 輸出電壓實現雪崩光電二極管的溫度補償，保證在電路工作溫度范圍內的光器 件的響應度保持恒定。
鏡像電流源輸出的鏡像電流通過電阻轉變為電壓信號，并通過AD8029運放 增加驅動能力，送到采樣保持單元，待與突發光功率對應成比例的電壓穩定后， 采樣保持單元在光線路終端系統主機控制觸發信號(RSSI一Trigger)的控制下，
進入保持階段，同時觸發模數轉換單元工作，模數轉換結果經過微控制器運算 處理，測量到的光功率值放到對應的存儲單元中，等待系統主機發起雙線串行
總線操作(rt)讀取。
圖2是木發明具體實施方式
中突發模式光功率測量流程圖。如圖2所示， 突發模式光功率測量流程包括以下步驟
步驟201、光線路終端系統主機根據光網絡終端登錄情況為光網絡終端分配 時隙。
步驟202、光電探測器接收光網絡終端發射的光信號，并產生光電流。 步驟203、鏡像電流源產生與平均光電流成比例的鏡像電流。 步驟204、將鏡像電流放大轉變成電壓信號。在本步驟中，放大單元將鏡像 電流轉化為電壓信號，使用負載電阻將鏡像電流轉變為電壓再加上電壓放大器 或跟隨器的方式增加增益和驅動能力，或使用跨阻放大器的方式將電流信號轉 變為電壓信號。
步驟205、將電壓信號發送到采樣保持單元。歩驟206、光線路終端系統主機確定待測的光網絡終端，在其所在時隙開始 后延時預定時間后產生控制觸發信號，控制采樣保持單元處于采樣狀態。
步驟207、當電壓信號穩定后，光線路終端的系統主機產生控制觸發信號，
控制采樣保持單元處于保持狀態，并且光線路終端的系統主機產生控制觸發信 號，控制模數轉換單元將從采樣保持單元接收的電壓信號轉換成數字量。
步驟208、微控制器收到數字量后，根據映射關系，獲取對應的光功率數值。 步驟209、微控制器將獲取的待測的光網絡終端光功率數值存儲到對應的存 儲單元。
步驟210、光線路終端的系統主機通過兩線式串行總線讀取光功率數值。 為了保證光功率數值與光網絡終端之間一一對應，每次雙線式串行總線操 作(I2C)必須在微控制器MCU換算完成將光功率數值寫入存儲單元之后，在下 一次的控制觸發信號狀態改變之前完成。圖3是本發明具體實施方式
中要求的 時序波形圖。如圖3所示，當光電探測器接收到光網絡終端突發發射的光信號， 光功率突發測量電路將把突發的光功率轉換為可以被模數轉換器轉換的電壓信 號，此時光線路終端系統主機將保持控制觸發信號(RSSIJTrigger)為低電平， 使采樣保持單元處于到采樣階段。
待光功率突發測量電路輸出的電壓信號V—MON達到穩態，采樣保持單元采 樣完成，光線路終端的系統主機將控制觸發信號(RSSI—Trigger)置為高電平， 釆樣保持單元進入采樣保持狀態，光功率突發測量電路輸出V_MON將保持穩定 狀態無論是否此時有無光信號，由于存在采樣保持單元，可以允許光線路終端 光電模塊選擇價格便宜工作速度較低的模數轉換器件。在控制觸發信號 (RSSI一Trigger)置為高電平期間，模數轉換電路將突發檢測電路輸出V_M0N信 號轉變成數字量，并在微控制器(MCU)中完成映射關系，轉換成對應的光功率 數值，存儲在相應的存貯單元中，在該過程中禁止雙線式串行總線(120操作。 當模數轉換完成后，允許光線路終端主機發起雙線式串行總線(120操作，讀出突發光功率測量結果。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發 明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及 其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種突發模式光功率測量方法，其特征在于，包括以下步驟A、光電探測器接收光網絡終端發射的光信號，并產生光電流；B、通過鏡像電流源產生與平均光電流成比例的鏡像電流；C、將鏡像電流放大轉變成電壓信號；D、所述電壓信號發送到采樣保持單元；E、光線路終端的系統主機產生控制觸發信號，控制采樣保持單元處于采樣狀態；F、當所述電壓信號穩定后，所述光線路終端的系統主機產生控制觸發信號，控制采樣保持單元處于保持狀態，并且所述光線路終端的系統主機產生控制觸發信號，控制模數轉換單元將從所述采樣保持單元接收的電壓信號轉換成數字量；G、微控制器收到所述數字量后，根據映射關系，獲取對應的光功率數值，并輸出給所述光線路終端的系統主機。
2. 根據權利要求1所述的一種突發模式光功率測量方法，其特征在于，歩 驟G中還包括以下步驟將所述光功率數值存儲到存儲單元，并通過兩線式串行總線輸出給所述光 線路終端的系統主機。
3. 根據權利要求2所述的一種突發模式光功率測量方法，其特征在于，還 包括以下步驟所述光線路終端的系統主機根據光網絡終端登錄情況為所述光網絡終端分配時隙；所述光線路終端的系統主機確定待測的光網絡終端，在其所在時隙開始后延時預定時間后產生控制觸發信號；微控制器將獲取的待測的光網絡終端光功率數值存儲到對應的存儲單元； 所述待測的光網絡終端光功率數值輸出到所述光線路終端的系統主機后，所述光線路終端的系統主機開始控制下一個光網絡終端光功率測量。
4. 根據權利要求1所述的一種突發模式光功率測量方法，其特征在于，所 述光線路終端的系統主機產生控制觸發信號為低電平時，采樣保持單元處于采 樣狀態；所述光線路終端的系統主機產生控制觸發信號為高電平時，采樣保持 單元處于保持狀態。
5. —種突發模式光功率測量裝置，其特征在于，包括光電探測器、光電探測器電源、鏡像電流源、放大單元、采樣保持單元、模數轉換單元和微控制器， 所述光電探測器與光線路終端中的信號處理單元和所述鏡像電流源分別連接， 所述鏡像電流源還分別與所述光電探測器電源和所述放大單元連接，所述放大 單元、采樣保持單元、模數轉換單元和微控制器依次連接，所述采樣保持單元 和所述模數轉換單元還分別與所述光線路終端的系統主機連接，所述微控制器 通過兩線式串行總線與所述光線路終端的系統主機連接，其中，所述光電探測器，用于接收所述信號處理單元發來的光信號，并產生光電流發送給所述鏡像電流源；所述光電探測器電源，用于為所述光電探測器提供直流偏置； 所述鏡像電流源，用于對應所述光電探測器的平均光電流成比例地產生鏡像電流；所述放大單元，用于將所述鏡像電流轉變成電壓信兮，并送到所述采樣保 持單元；所述采樣保持單元，用于在所述光線路終端的系統主機的控制觸發信號作 用下，將所述電壓信號保持下來；所述模數轉換單元，用于在所述光線路終端的系統主機的控制觸發信號作 用下，將所述電壓信號進行模數轉換，并將所述電ik信號的數字量發送給所述 微控制器；所述微控制器，用于根據映射關系，將所述電壓信號的數字量轉換成對應 的光功率數值，并通過所述兩線式串行總線輸出給所述光線路終端的系統主機。
6. 根據權利要求5所述的-種突發模式光功率測量裝置，其特征在于，所 述微控制器還包括存儲單元，所述存儲單元用于存儲所述光功率數值。
7. 根據權利要求5所述的一種突發模式光功率測量裝置，其特征在于，所 述光電探測器是光電二極管，所述光電探測器電源是直流電源。
8. 根據權利要求5所述的一種突發模式光功率測量裝置，其特征在于，所述光電探測器是雪崩光電二極管，所述光電探測器電源是能夠溫度補償的直流 到直流升壓電源。
全文摘要
本發明公開一種突發模式光功率測量方法和裝置，光電探測器接收光網絡終端發射的光信號，并產生光電流；通過鏡像電流源產生鏡像電流；將鏡像電流放大轉變成電壓信號并發送到采樣保持單元；系統主機控制采樣保持單元處于采樣狀態；當電壓信號穩定后，系統主機控制采樣保持單元處于保持狀態，并控制模數轉換單元將電壓信號轉換成數字量；微控制器收到數字量后，根據映射關系，獲取對應的光功率數值，并通過雙線串行總線(I<sup>2</sup>C)輸出給系統主機。采用了本發明的技術方案，可以測量數百納秒長度的光信號功率，并且不使用昂貴的高速器件，在降低成本的同時實現了低功耗。
文檔編號H04B10/08GK101527599SQ20091005875
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月31日 優先權日2009年3月31日
發明者濤 余, 周庭銘, 杰 楊, 淵 鄒 申請人:成都優博創技術有限公司