CN105911394B - Pin-fet光接收组件自动测试*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PIN‑FET光接收组件自动测试***，包括光电测控平台、测控模块、被测器件适配器和上位机；所述光电测控平台为插件式机箱，为插接的各功能模块提供总线通讯和工作电源；所述光电测控平台通过USB电缆或无线传输接口与上位机实现数据通讯；所述测控模块与所述光电测控平台插接后组成所述PIN‑FET光接收组件自动测试***的主机，所述主机通过通用或专用的光缆与电缆与所述被测器件适配器进行信号连接，实现对所述被测器件适配器的自动测试。基于光电测控平台实现PIN‑FET器件参数测试，将不同的单参数测量设备功能重新进行规划和整合，并实现为插件式模块，采用统一的通信接口和通讯协议，能够灵活的扩展硬件，方便快捷的建立测试程序。

Description

PIN-FET光接收组件自动测试***
技术领域
本发明涉及光电测控技术领域，尤其是一种在光电测控平台上建立的测试***，模块化的功能组合实现PIN-FET器件相关指标测试、记录、统计、分析，用于PIN-FET光电转换器件的检验、筛选和老化。
背景技术
PIN-FET(P-Intrinsic-N Field-Effect Transistor)光接收组件主要应用于光纤陀螺等光纤传感***，作为光信号接收部分，起到光电转换并放大信号的作用，其主要技术参数包括线性响应度、线性最小光功率、线性饱和光功率、无光电压、3dB带宽、均方根噪声电压等。
其中，线性响应度(Re)为在PIN-FET输出电压在-1.5V～0.5V范围内，线性拟合的U-P曲线斜率值称为线性响应度，单位：V/μW；
线性最小光功率(PMin)为PIN-FET接收到U-P测量线性偏差等于3％时所对应的最小光功率值，单位：μW；
线性饱和光功率(PMax)为PIN-FET接收到U-P测量线性偏差等于3％时所对应的最大光功率值，单位：μW；
无光电压(U0)为无光输入下，PIN-FET输出的直流电压，单位：V；
带宽(fB)为测量PIN-FET幅频特性曲线，PIN-FET交流输出峰峰值从10KHz频率下功率电平(0dB)下降至-3dB电平时，即电压峰峰值幅度下降到0.707时，所对应的频率即为带宽fB，单位：MHz；
均方根噪声电压(UN(rms))PIN-FET无光信号输入时，输出端的噪声电压均方根值，单位：mV。
集成化测试***采用多台测试仪器分别对各项技术参数进行测量，原理框图见图1,图1是PIN-FET光接收组件的电路示意图。PIN-FET光接收组件内部采用高线性度光电探测器芯片(Photodiode Chip)和由场效应晶体管(FET)、微波三极管以及其它微波元件组成前置跨阻放大电路。PIN-FET光接收组件接收到光信号后，光信号经PIN光电二极管进行光电转换为电信号，电信号再由该前置跨阻放大电路进行信号放大，最后输出为放大后的电信号。PIN-FET光接收组件具有高增益、高带宽、低噪声等特点，一般采用金属化管壳封装，可屏蔽外部电磁干扰，减少由于外界干扰造成的信号失真。使用数字万用表、视频毫伏表、示波器、光功率计、程控光源、可变光衰减器、信号发生器等设备进行PIN-FET器件参数测试具有一定的通用性，但其***组成复杂，体积庞大，单台设备采购成本高，测试程序可移植性较差，限制了PIN-FET自动测试***的应用。
PIN-FET光接收组件起初应用于低速光通信领域，其性能指标的衡量标准是用于数字光通信领域，如：1.传输速率，2.跨阻，3.InGaAs或Si的PIN探测器暗电流，4.最大输出电压，5.在非归零码测试条件下，误码率10-9的灵敏度范围，6.PIN光电探测器的响应度等。上述性能指标中的部分性能指标，如跨阻，InGaAs或Si的PIN探测器暗电流，PIN光电探测器的响应度等，即使在数字通信领域，在组装成器件后，也无法测量，不能够描述器件的性能。
随着光通信速率的惊人提高，PIN-FET光接收组件已经不再适用于高速光通信领域，其主要应用于低速率、模拟的光传输领域，如光纤传感，特别是光纤陀螺、光纤电流传感器等领域。但是在模拟应用中，前述的性能指标不能够描述PIN-FET光接收组件的性能，不适用于模拟传感***的应用。
已有授权发明专利，《PIN-FET光接收组件性能指标测试方法》(专利号2011101193366)，可解决上述技术问题，测试***框图见图2，但是专利号2011101193366没有给出将其方法用于实际的PIN-FET器件参数测试，也没有实现自动数据记录与测量计算。本专利为了将授权专利ZL2011101193366方法用于实际的PIN-FET器件参数测试，并且实现自动数据记录与测量计算，集成了多种功能的测量设备，包括高频信号源、光源、电万用表、电示波器、光功率计、光衰减器、高频噪声毫伏表等设备，降低了测试***的复杂性，具有易于操作、体积小、成本低，模块化工作、批量测试等优势，实现了将专利2011101193366的测试方法实用化与工业化，促进技术进步，社会发展。
发明内容
为达到上述目的,本项发明目的是将已经授权的专利2011101193366方法，用于实际的PIN-FET器件参数测试，基于光电测控平台实现PIN-FET器件参数测试，将不同的单参数测量设备功能重新进行规划和整合，并实现为插件式模块，采用统一的通信接口和通讯协议，能够灵活的扩展硬件，方便快捷的建立测试程序。并且基于光电测控平台配合不同的功能模块可以方便快捷的实现其他光学器件的参数测试***。
为达到上述发明目的，本发明采用技术方案的基本构思是：
PIN-FET光接收组件自动测试***，包括光电测控平台、测控模块、被测器件适配器和上位机；
所述光电测控平台为插件式机箱，为插接的各功能模块提供总线通讯和工作电源；所述光电测控平台通过USB电缆或无线传输接口与上位机实现数据通讯；所述测控模块与所述光电测控平台插接后组成所述PIN-FET光接收组件自动测试***的主机，所述主机通过通用或专用的光缆与电缆与所述被测器件适配器进行信号连接，实现对所述被测器件适配器的自动测试。
进一步的，所述测控模块包括信号发生器、光源模块、光衰减器模块和信号测量模块，其中所述信号发生器提供校准交流信号至信号测量模块,同时触发调制信号至光源模块，光源模块产生基准光照射到光衰减器模块上，光衰减器模块接收到基准光后将输入光交直流信号和输出光直流电压检测信号发送至信号测量模块中。
进一步的，所述测控模块还包括电源供给与测流模块，所述电源供给与测流模块的输出端与所述被测器件适配器的输入端连接，优选地，所述电源供给与测流模块输出直流偏置到所述被测器件适配器内。
进一步的，所述被测器件适配器为多个接口转换器，待测器件置于所述被测器件适配器相应位置，使得测控模块的光衰减器模块的输出光通过光纤跳线连接待测器件输入光，待测器件输出电信号通过同轴电缆连接至测量模块的主信号测量通道，通过上位机的操控界面。
进一步的，所述被测器件适配器包括DUT适配盒，所述DUT适配盒为待测器件的机械夹具，配备多个待测器件的连接插座，所述插座与电源选择性连接，所选插座有指示灯做选通指示，用于待测器件的电源供电，并且实现高频电学信号输出。
进一步的，所述光衰减器模块将测试光传输至DUT适配盒中，对DUT适配盒上的待测PIN-FET单元进行检测，所述DUT适配盒将待测信号发送至信号测量模块进行测试。
进一步的，所述待测信号包括：由所述DUT适配盒通过直流检测备用通道传输的直流待测信号和由待测器件通过交直流待测信号通道传输的交直流待测信号。
进一步的，所述信号发生器通过BNC同轴线缆与所述光源模块连接，所述光源模块通过光纤跳线与所述光衰减器模块连接，所述光衰减器模块通过尾纤与待测器件连接，光衰减器模块与测量模块连接，所述测量模块通过BNC同轴线缆与被测器件适配器连接，所述被测器件适配器通过适配器供电专用线缆与电源供给与测流模块连接。
进一步的，所述上位机通过USB电缆或无线传输接口与主控模块连接，所述主控模块为SP-A020A型，且与所述光电测控平台的插槽插接，由光电测控平台的电源为其供电。
进一步的，所述上位机通过VGA接口与显示器连接。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
基于光电测控平台实现PIN-FET器件参数测试，将不同的单参数测量设备功能重新进行规划和整合，并实现为插件式模块，采用统一的通信接口和通讯协议，能够灵活的扩展硬件，方便快捷的建立测试程序。并且基于光电测控平台配合不同的功能模块可以方便快捷的实现其他光学器件的参数测试***。
光电测控平台与插件式测控模块构成基于光电测控平台的PIN-FET自动测试***主机。模块之间、模块与适配器之间的信号连接由通用或专用的光缆与电缆实现；平台与上位计算机通过USB电缆实现数据通讯；各模块与主控模块之间的通讯由插件式机箱中的背板总线实现。由背板提供各模块所需的工作电源。
将PIN-FET器件按照标识的方向置于适配器相应位置，主机程控光衰减器模块的输出光通过光纤跳线连接PIN-FET输入光，PIN-FET输出电信号通过同轴电缆连接至主机精密交流直流电压测量模块的主信号测量通道，通过上位计算机的操控界面，执行按《PIN-FET光接收组件性能指标测试方法》规定所编制的测试程序，控制各模块有序完成PIN-FET器件的所有参数测量与记录。
附图说明
图1是PIN-FET光接收组件的电路示意图。
图2是传统集成化测试***原理框图。
图3是PIN-FET光接收组件自动测试***硬件构成框图之一。
图4是PIN-FET光接收组件自动测试***硬件构成框图之二。
图5是PIN-FET光接收组件自动测试***通信总线配置框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图3至图4所示,本发明的实施例公开了PIN-FET光接收组件自动测试***，基于光电测控平台实现PIN-FET器件参数测试，则能够灵活的扩展硬件，快捷方便的建立测试程序，可支持多种仪器设备，灵活的按需进行配置，从而最大可能的提供通用、灵活、规范的测试***解决方案。
PIN-FET光接收组件自动测试***，包括光电测控平台1、测控模块2、被测器件适配器3和上位机4；
所述光电测控平台1为插件式机箱，为插接的各功能模块提供总线通讯和工作电源；所述光电测控平台1通过USB电缆或无线传输接口与上位机4实现数据通讯；所述测控模块2与所述光电测控平台1插接后组成所述PIN-FET光接收组件自动测试***的主机，所述主机通过通用或专用的光缆与电缆与所述被测器件适配器3进行信号连接，实现对所述被测器件适配器的自动测试。
基于光电测控平台实现待测器件,如PIN-FET器件参数测试，将不同的单参数测量设备功能重新进行规划和整合，并实现为插件式模块，采用统一的通信接口和通讯协议，各模块与主控模块之间的通讯由插件式机箱中的背板总线实现，由背板提供各模块所需的工作电源，能够灵活的扩展硬件，方便快捷的建立测试程序。并且基于光电测控平台配合不同的功能模块可以方便快捷的实现其他光学器件的参数测试***。
所述测控模块2包括信号发生器21、光源模块22、光衰减器模块23和信号测量模块25，其中所述信号发生器21提供校准交流信号至信号测量模块25,同时触发调制信号至光源模块22，光源模块22产生基准光照射到光衰减器模块23上，光衰减器模块23接收到基准光后将输入光交直流信号和输出光直流电压检测信号发送至信号测量模块25中。
所述测控模块还包括电源供给与测流模块24，所述电源供给与测流模块的输出端与所述被测器件适配器的输入端连接，优选地，所述电源供给与测流模块输出直流偏置到所述被测器件适配器内。
信号测量模块25用于完成多量程直流电压测量、宽带交流电平测量、噪声电平测量，替代传统数字直流电压表、数字示波器、视频毫伏表等通用设备，已完成PINFET多参数测量要求，如：无光输出电压、带宽、噪声等主要参数。
所述被测器件适配器为多个接口转换器，待测器件,如PIN-FET器件置于适配器相应位置，使得测控模块的程控光衰减器模块的输出光通过光纤跳线连接PIN-FET器件输入光，PIN-FET器件输出电信号通过同轴电缆连接至精密交流直流电压测量模块的主信号测量通道，通过上位计算机的操控界面。
具体的，将PIN-FET器件按照标识的方向置于适配器相应位置，主机中的光衰减器模块的输出光通过光纤跳线连接PIN-FET输入光，PIN-FET输出电信号通过同轴电缆连接至主机的测量模块的主信号测量通道，所述测量模块为精密交流直流电压测量模块，通过上位机的操控界面，执行按《PIN-FET光接收组件性能指标测试方法》规定所编制的测试程序，控制各模块有序完成PIN-FET器件的所有参数测量与记录。
所述被测器件适配器3包括DUT(Device Under Test，待测器件)适配盒，所述DUT适配盒为待测器件的机械夹具，配备多个待测器件的连接插座，所述插座与电源选择性连接，所选插座有指示灯做选通指示，用于待测器件的电源供电，并且实现高频电学信号输出。
所述光衰减器模块将测试光传输至DUT适配盒中，对DUT适配盒上的待测PIN-FET单元进行检测，所述DUT适配盒将待测信号发送至信号测量模块进行测试。
所述待测信号包括：由所述DUT适配盒通过直流检测备用通道传输的直流待测信号和由待测PIN-PET单元通过交直流待测信号通道传输的交直流待测信号。
所述信号发生器通过BNC同轴线缆与所述光源模块连接，所述光源模块通过光纤跳线与所述光衰减器模块连接，所述光衰减器模块通过尾纤与待测器件连接，光衰减器模块与测量模块连接，所述测量模块通过BNC同轴线缆与被测器件适配器连接，所述被测器件适配器通过适配器供电专用线缆与电源供给与测流模块连接。
电源供给与测流模块可在一定范围内可通过程序改变输出电压数值，以模拟实际供电电压偏离标称数值时器件的各项技术特性。电源电流的测量反映了器件在不同环境条件下的工作状态，对于被测器件的质量分析和质量判断提供参考依据。
所述上位机3通过USB电缆或无线传输接口与主控模块5连接，所述主控模块5优选为SP-A020A型，且与所述光电测控平台1的插槽插接，由光电测控平台的电源11为其供电。
SP-A020A型主控模块用于通讯协议转换，即将上位机4传来的USB通讯数据及命令转换为测试***内部的通讯协议格式，并通过背板总线发送给各个测控模块；并将各个测控模块的应答数据转换为USB通讯格式后通过USB线缆回传给上位机。优选的，主控模块可选用集成工控机功能的模块，直接连接显示器及网线，不再需要外接上位机就可以独立完成自动测控功能。
所述SP-A020A型主控模块可选用断路器、ADM202EARNZ收发器、LM224D电路、ST24C16存储器和电源模块通过与STM32F103VCT6型单片机的接口进行通讯连接后进行通讯协议转换。
所述上位机4通过VGA接口与显示器6连接。
本发明的工作流程如下：***按照以上连接图配置，运行上位机软件并配置合适的串行接口和VISA接口，在软件界面上点击开始测量，执行按《PIN-FET光接收组件性能指标测试方法》规定所编制的测试程序，控制各模块有序完成PIN-FET器件的所有参数测量与记录。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
基于光电测控平台实现PIN-FET器件参数测试，将不同的单参数测量设备功能重新进行规划和整合，并实现为插件式模块，采用统一的通信接口和通讯协议，能够灵活的扩展硬件，方便快捷的建立测试程序。并且基于光电测控平台配合不同的功能模块可以方便快捷的实现其他光学器件的参数测试***。
光电测控平台与插件式测控模块构成基于光电测控平台的PIN-FET自动测试***主机。模块之间、模块与适配器之间的信号连接由通用或专用的光缆与电缆实现；平台与上位计算机通过USB电缆实现数据通讯；各模块与主控模块之间的通讯由插件式机箱中的背板总线实现。由背板提供各模块所需的工作电源。
将PIN-FET器件按照标识的方向置于适配器相应位置，主机程控光衰减器模块的输出光通过光纤跳线连接PIN-FET输入光，PIN-FET输出电信号通过同轴电缆连接至主机精密交流直流电压测量模块的主信号测量通道，通过上位计算机的操控界面，执行按申请号：2011101193366发明名称《PIN-FET光接收组件性能指标测试方法》规定所编制的测试程序，控制各模块有序完成PIN-FET器件的所有参数测量与记录。
上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.PIN-FET光接收组件自动测试***，其特征在于，包括光电测控平台、测控模块、被测器件适配器和上位机；
所述光电测控平台为插件式机箱，为插接的各功能模块提供总线通讯和工作电源；所述光电测控平台通过USB电缆或无线传输接口与上位机实现数据通讯；所述测控模块与所述光电测控平台插接后组成所述PIN-FET光接收组件自动测试***的主机，所述主机通过通用或专用的光缆与电缆与所述被测器件适配器进行信号连接，实现对所述被测器件适配器的自动测试；所述上位机通过USB电缆或无线传输接口与主控模块连接，所述主控模块与所述光电测控平台的插槽插接，由光电测控平台的电源为其供电；
所述测控模块包括信号发生器、光源模块、光衰减器模块和信号测量模块，其中所述信号发生器提供校准交流信号至信号测量模块,同时触发调制信号至光源模块，光源模块产生基准光照射到光衰减器模块上，光衰减器模块接收到基准光后将输入光交直流信号和输出光直流电压检测信号发送至信号测量模块中。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述测控模块还包括电源供给与测流模块，所述电源供给与测流模块的输出端与所述被测器件适配器的输入端连接，所述电源供给与测流模块输出直流偏置到所述被测器件适配器内。
3.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述被测器件适配器包括DUT适配盒，所述DUT适配盒为待测器件的机械夹具，配备多个待测器件的连接插座，所述插座与电源选择性连接，所选插座有指示灯做选通指示，用于待测器件的电源供电，并且实现高频电学信号输出。
4.如权利要求3所述的***，其特征在于，所述光衰减器模块将测试光传输至DUT适配盒中，对DUT适配盒上的待测PIN-FET单元进行检测，所述DUT适配盒将待测信号发送至信号测量模块进行测试。
5.如权利要求4所述的***，其特征在于，所述待测信号包括：由所述DUT适配盒通过直流检测备用通道传输的直流待测信号和由待测器件通过交直流待测信号通道传输的交直流待测信号。
6.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述信号发生器通过BNC同轴线缆与所述光源模块连接，所述光源模块通过光纤跳线与所述光衰减器模块连接，所述光衰减器模块通过尾纤与待测器件连接，光衰减器模块与信号测量模块连接，所述信号测量模块通过BNC同轴线缆与被测器件适配器连接，所述被测器件适配器通过适配器供电专用线缆与电源供给与测流模块连接。
7.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述上位机通过VGA接口与显示器连接。
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