專利名稱：一種測試光網絡單元突發光功率的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種測試光網絡單元突發光功率的裝置和 方法。
背景技術：
無源光網絡(PON-Passive Optical Network)由于消除了電信局端與用戶端之 間的有源設備，從而使得維護簡單、可靠性高、成本低，成為了光纖到戶(FTTH-Fiber To The Home)，光纖到樓(FTTB-Fiber To The Building)和光纖到路邊(FTTC-Fiber To The Curb)等服務的主要解決方案。在采用了時分多址(TDMA-Time Division Multiple Access)技術的無源光網絡 中，用戶端的光網絡單元必須在規定的時隙內以突發的方式發送數據給局端的光線路終端 (0LT-0ptical Line Terminal)，為了便于網絡維護，光網絡單元需要上報其發送光功率， 這就要求光網絡單元必須具有突發光功率測試的功能。圖1是現有技術中測試光網絡單元突發光功率的裝置的結構示意圖。如圖1 所示，測試光網絡單元突發光功率的裝置的原理是，在外部突發使能信號有效時，采樣保 持電路的開關被接通，反映光網絡單元突發光功率的電壓被儲存在采樣保持電路的電容 上；另一方面，突發使能信號經過延時后啟動模擬數字轉換器(ADC-Analog to Digital Converter)，采樣前一級采樣保持電路的輸出電壓；最后通過數據處理單元來計算光網 絡單元最近一次的突發光功率。由于協議規定的最小時隙非常短(如HGEP0N(Gigabit Ethernet Passive OpticalNetwork)為 810 納秒，GP0N(Gigabit-Capable Passive Optical Network)為410納秒)，這就要求該裝置必須要有一個高速的采樣保持電路開關 和一個高速的模擬數字轉換器。例如在圖1的技術方案中，如果只有兩個光網絡單元以500 納秒的間隔時間交替發光，則要求模擬數字轉換器的采樣率為[1/(500X10_9)] = 2MSPS, 而通常集成在微控制器(MCU-MiCro Controller Unit)內部的模擬數字轉換器的采樣率只 有幾十KSPS到幾百KSPS，使用外部模擬數字轉換器又會大大增加成本、體積和電路的復雜 度。如果仍然采用該方案，又不使用高速的模擬數字轉換器件，則必須使用異步采樣 的方法，即啟動模擬數字轉換器的時間不和采樣保持電路開關閉合的時間保持一致，那么 所得的采樣值會因為采樣保持電路中的電容放電效應使得采樣值不準，所以上述裝置在要 求小體積、低成本的光網絡單元中實現是不可取的。
發明內容
本發明的目的在于提出一種測試光網絡單元突發光功率的裝置和方法，能夠獲得 準確的突發光功率值，降低成本，提高光網絡單元的可靠性。為達此目的，本發明采用以下技術方案一種測試光網絡單元突發光功率的裝置，包括激光器、前置放大器和微控制器，所述激光器進一步包括激光二極管和光電二極管，所述微控制器進一步包括外部管腳中斷、 控制模塊、采樣保持電路、模擬數字轉換器、數據處理單元和定時器，所述光電二極管與所 述前置放大器連接，用于輸出正比于所述激光二極管的輸出突發光功率的光電流給所述前 置放大器，所述前置放大器與所述采樣保持電路相連，用于將輸入光電流轉換成成正比的 輸出電壓送給所述采樣保持電路，所述外部管腳中斷與所述控制模塊連接，用于獲取外部 突發使能信號啟動所述控制模塊，所述控制模塊分別與所述采樣保持電路和所述模擬數字 轉換器連接，用于啟動和停止所述采樣保持電路和所述模擬數字轉換器，完成對所述前置 放大器輸出的電壓采樣，所述采樣保持電路與所述控制模塊和所述模擬數字轉換器連接， 用于保持所述前置放大器的輸出電壓，所述模擬數字轉換器與所述采樣保持電路、所述控 制模塊和所述數據處理單元連接，用于將所述采樣保持電路輸出的保持電壓轉換為相應數 據送數據處理處理單元，所述定時器與所述數據處理處理單元連接，用于定時啟動數據處 理單元，所述數據處理單元與所述模擬數字轉換器和定時器連接，用于將所述模擬數字轉 換器輸出的數據進行處理，計算出突發光功率的值。一種測試光網絡單元突發光功率的方法，包括以下步驟A、當外部突發使能有效時，光網絡單元控制激光器發光，激光器中的光電二極管 輸出正比于激光二極管的突發光功率的光電流給前置放大器；B、前置放大器將正比于突發光功率的電壓信號通過微控制器的采樣保持電路輸 出給微控制器的模擬數字轉換器；C、微控制器的外部管腳中斷的輸入管腳連接外部突發使能信號，當外部突發使能 信號有效時，觸發微控制器的外部管腳中斷，進入外部管腳中斷服務流程，啟動控制器完成 突發光功率的采樣，當定時器設定的定時時間到，觸發定時中斷，進入定時中斷服務流程， 完成突發光功率的計算。步驟C中，外部管腳中斷服務流程進一步包括以下步驟禁止微控制器的外部管腳中斷；啟動控制器，從而啟動采樣保持電路和模擬數字轉換器，對前置放大器輸出的正 比于突發光功率的電壓信號進行采樣并轉換成數據送給數據處理單元處理保存；重新使能微控制器的外部管腳中斷，從突發使能中斷服務流程返回。步驟C中，定時中斷服務流程進一步包括以下步驟禁止微控制器的外部管腳中斷；啟動數據處理單元，讀取模擬數字轉換單元保存的數值，根據保存的模擬數字轉 換器轉換的數據計算出突發光功率，并將計算的突發光功率值保存，供系統讀取；重新使能微控制器的外部管腳中斷，從定時中斷服務流程返回。其中，定時時間為50毫秒。采用了本發明的技術方案，能夠得到準確的突發光功率值，避免使用高速器件，降 低了成本，大大降低了硬件的復雜度，提高了光網絡單元的可靠性，并且節約了空間，有利 于光網絡單元中的其它器件布局和布線。
圖1是現有技術中測試光網絡單元突發光功率的裝置的結構示意圖。
圖2是本發明具體實施方式
中測試光網絡單元突發光功率的裝置的結構示意圖。圖3是本發明具體實施方式
中突發使能中斷服務流程圖。圖4是本發明具體實施方式
中定時中斷服務流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。本發明的主要技術思想是基于目前大多數的微處理器(MCU)都在內部集成了采 樣保持電路和模擬數字轉換電路，并且價格也較低(比如Atmel公司的型號為ATMega88的 AVR單片機)，所以經前置放大電路輸出的正比于激光器輸出光功率的電壓信號直接送至 微控制器內部的采樣保持電路，然后再送到模擬數字轉換電路，這樣就省去了外部的采樣 保持電路開關和模擬數字轉換電路。另外，突發使能信號不直接控制采樣保持電路的開關，也不直接控制模擬數字轉 換電路的啟動，而是接到微控制器的外部中斷輸入管腳，這樣當突發使能信號有效時，微控 制器可以立即進入中斷服務流程，然后在軟件中實現光功率采樣。圖2是本發明具體實施方式
中測試光網絡單元突發光功率的裝置的結構示意圖。 加圖2所示，測試光網絡單元突發光功率的裝置包括激光器、前置放大器和微控制器，激光 器進一步包括激光二極管和光電二極管，微控制器進一步包括外部管腳中斷、控制模塊、采 樣保持電路、模擬數字轉換器、數據處理單元和定時器。光電二極管與前置放大器連接，輸出正比于激光二極管的輸出突發光功率的光電 流給前置放大器，前置放大器與采樣保持電路相連，將輸入光電流轉換成成正比的輸出電 壓送給采樣保持電路。外部管腳中斷與控制模塊連接，獲取外部突發使能信號啟動控制模塊，控制模塊 分別與采樣保持電路和模擬數字轉換器連接，啟動和停止采樣保持電路和模擬數字轉換 器，完成對前置放大器輸出的電壓采樣，采樣保持電路與控制模塊和模擬數字轉換器連接， 保持前置放大器的輸出電壓，模擬數字轉換器與采樣保持電路、控制模塊和數據處理單元 連接，將采樣保持電路輸出的保持電壓轉換為相應數據送數據處理處理單元，定時器與數 據處理處理單元連接，定時啟動數據處理單元，數據處理單元與模擬數字轉換器和定時器 連接，將模擬數字轉換器輸出的數據進行處理，計算出突發光功率的值。下面描述測試光網絡單元突發光功率的方法。首先，當外部突發使能有效時，光網絡單元控制激光器發光，激光器中的光電二極 管輸出正比于激光二極管的突發光功率的光電流給前置放大器。其次，前置放大器將正比于突發光功率的電壓信號通過微控制器的采樣保持電路 輸出給微控制器的模擬數字轉換器。然后，微控制器的外部管腳中斷的輸入管腳連接外部突發使能信號，當外部突發 使能信號有效時，觸發微控制器的外部管腳中斷，進入外部管腳中斷服務流程，啟動控制器 完成突發光功率的采樣，當定時器設定的定時時間到，觸發定時中斷，進入定時中斷服務流 程，完成突發光功率的計算。圖3是本發明具體實施方式
中突發使能中斷服務流程圖。如圖3所示，突發使能 中斷服務流程包括以下步驟
步驟101、進入突發使能中斷服務流程。步驟102、禁止微控制器的外部管腳中斷和需要使用采樣數據的其它中斷。步驟103、啟動控制器，從而啟動采樣保持電路和模擬數字轉換器，對前置放大器 輸出的正比于突發光功率的電壓信號進行采樣，并進行轉換。步驟104、查詢模擬數字轉換是否結束，如果結束則轉至步驟105，否則返回步驟 103。步驟105、數據處理單元保存模擬數字轉換后的數據。步驟106、重新使能微控制器的外部管腳中斷和需要使用采樣數據的其它中斷。步驟107、從突發使能中斷服務流程返回。圖4是本發明具體實施方式
中定時中斷服務流程圖。如圖4所示，定時中斷服務 流程包括以下幾個步驟步驟201、進入定時中斷服務流程。步驟202、禁止微控制器的外部管腳中斷。步驟203、啟動數據處理單元，讀取模擬數字轉換單元保存的數值，根據保存的模 擬數字轉換器轉換的數據計算出突發光功率，并將計算的突發光功率值保存，供系統讀取。步驟204、從定時中斷服務流程返回。本發明具體實施方式
詳細描述了測試的流程突發使能信號有效后，立刻觸發微控制器的外部管腳中斷，從而使微控制器轉向 突發使能中斷服務流程。在突發使能中斷服務流程中首先禁止外部管腳中斷和其它中斷，禁止外部管腳中 斷能避免外部管腳中斷頻繁發生時，突發使能中斷服務流程不斷嵌套執行，最終導致堆棧 溢出，流程跑飛，禁止需要使用采樣數據的其它中斷能避免模數轉換器在進行采樣時被其 打斷，從而保證其使用的采樣數據是正確的。突發使能中斷服務流程然后啟動模擬數字轉換器進行采樣，當采樣完成后，保存 采樣結果數據，然后重新使能外部管腳中斷和其他需要使用采樣數據的中斷，最后退出突 發使能中斷服務流程。上述過程中，在突發使能中斷被禁止的期間，如果突發使能再次有效，不會觸發新 的中斷，即不會啟動新的模擬數字轉換，這樣突發光功率的計算值就不是最新的，但是由于 系統一般只要求50毫秒內更新一次突發光功率值，并且在一定時期內，光功率一般不會發 生突變，所以漏掉了幾次光功率采樣是完全可以的。定時時間到會觸發定時中斷(通常為50毫秒)，微控制器轉入定時中斷服務流程。 在定時中斷服務流程中首先禁止外部管腳中斷，然后進行突發光功率計算，之后再使能外 部管腳中斷，最后定時中斷返回。該中斷服務流程之所以要禁止外部管腳中斷，是為了保護 最近一次外部管腳中斷中保存的采樣數據。例如采用10位的模擬數字轉換器，則轉換結果必須以兩個字節來保存，假 設ADCValue_H保存高字節值，ADCValue_L保存低字節值，最近一次采樣的結果為 OxOFF(ADCValue_H = 0x0, ADCValue_L = OxFF)，而在光功率計算期間沒有禁止突發使能中 斷，并且發生了一次突發使能中斷，新得的采樣值為0x100 (ADCValue_H = 0x1, ADCValue_ L = 0x0)，那么在計算突發光功率時，就可能會出現ADCValue_H使用的上次采樣的值，為0x0,而ADCValue_L使用的是最近這次中斷采樣的值，也是0x0，這樣計算出來的光功率就
嚴重偏離實際值而發生錯誤。光功率的計算放在定時中斷服務流程中執行，而不是放在突發使能中斷服務流程 中執行，是因為外部管腳中斷一般會比50毫秒的定時中斷發生得頻繁，而光功率計算涉及 到浮點運算，會比較耗時，那么微控制器的大部分時間都在執行無用的采樣及浮點運算操 作，使得微控制器很少執行其它任務，大大降低了流程的實時性。以上所述，儀為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋 在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
一種測試光網絡單元突發光功率的裝置，其特征在于，包括激光器、前置放大器和微控制器，所述激光器進一步包括激光二極管和光電二極管，所述微控制器進一步包括外部管腳中斷、控制模塊、采樣保持電路、模擬數字轉換器、數據處理單元和定時器，所述光電二極管與所述前置放大器連接，用于輸出正比于所述激光二極管的輸出突發光功率的光電流給所述前置放大器，所述前置放大器與所述采樣保持電路相連，用于將輸入光電流轉換成成正比的輸出電壓送給所述采樣保持電路，所述外部管腳中斷與所述控制模塊連接，用于獲取外部突發使能信號啟動所述控制模塊，所述控制模塊分別與所述采樣保持電路和所述模擬數字轉換器連接，用于啟動和停止所述采樣保持電路和所述模擬數字轉換器，完成對所述前置放大器輸出的電壓采樣，所述采樣保持電路與所述控制模塊和所述模擬數字轉換器連接，用于保持所述前置放大器的輸出電壓，所述模擬數字轉換器與所述采樣保持電路、所述控制模塊和所述數據處理單元連接，用于將所述采樣保持電路輸出的保持電壓轉換為相應數據送數據處理處理單元，所述定時器與所述數據處理處理單元連接，用于定時啟動數據處理單元，所述數據處理單元與所述模擬數字轉換器和定時器連接，用于將所述模擬數字轉換器輸出的數據進行處理，計算出突發光功率的值。
2.一種測試光網絡單元突發光功率的方法，其特征在于，包括以下步驟A、當外部突發使能有效時，光網絡單元控制激光器發光，激光器中的光電二極管輸出 正比于激光二極管的突發光功率的光電流給前置放大器；B、前置放大器將正比于突發光功率的電壓信號通過微控制器的采樣保持電路輸出給 微控制器的模擬數字轉換器；C、微控制器的外部管腳中斷的輸入管腳連接外部突發使能信號，當外部突發使能信號 有效時，觸發微控制器的外部管腳中斷，進入外部管腳中斷服務流程，啟動控制器完成突發 光功率的采樣，當定時器設定的定時時間到，觸發定時中斷，進入定時中斷服務流程，完成 突發光功率的計算。
3.根據權利要求2所述的一種測試光網絡單元突發光功率的方法，其特征在于，步驟C 中，外部管腳中斷服務流程進一步包括以下步驟禁止微控制器的外部管腳中斷；啟動控制器，從而啟動采樣保持電路和模擬數字轉換器，對前置放大器輸出的正比于 突發光功率的電壓信號進行采樣并轉換成數據送給數據處理單元處理保存；重新使能微控制器的外部管腳中斷，從突發使能中斷服務流程返回。
4.根據權利要求2或者3所述的一種測試光網絡單元突發光功率的方法，其特征在于， 步驟C中，定時中斷服務流程進一步包括以下步驟禁止微控制器的外部管腳中斷；啟動數據處理單元，讀取模擬數字轉換單元保存的數值，根據保存的模擬數字轉換器 轉換的數據計算出突發光功率，并將計算的突發光功率值保存，供系統讀取；重新使能微控制器的外部管腳中斷，從定時中斷服務流程返回。
5.根據權利要求4所述的一種測試光網絡單元突發光功率的方法，其特征在于，定時 時間為50毫秒。
全文摘要
本發明公開了一種測試光網絡單元突發光功率的裝置和方法，當系統發出的突發使能有效時，一方面使光網絡單元控制激光器發光，激光器中的光電二極管輸出正比于激光二極管的輸出的突發光功率的光電流給前置放大器轉換成電壓信號，通過微控制器的采樣保持電路輸出給微控制器的模擬數字轉換器；另一方面觸發微控制器的外部管腳中斷，進入外部管腳中斷服務流程，在中斷服務流程中控制控制模塊和模擬數字轉換器，完成突發光功率的采樣；當定時時間到，觸發定時中斷，進入定時中斷服務流程，完成突發光功率的計算。采用了本發明的技術方案，能夠得到準確的突發光功率值，降低了成本，提高了光網絡單元的可靠性。
文檔編號H04Q11/00GK101834666SQ20101016556
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月7日 優先權日2010年5月7日
發明者劉海, 姜先剛 申請人:成都優博創技術有限公司