CN116930671B - 一种用于电流驱动光器件性能测试的电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电流驱动光器件性能测试的电路和方法，包括步骤：微控制单元向电流驱动单元输出使能控制信号；电流驱动单元根据使能控制信号向负载接口输出测试电流；电流监控单元采集电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈与测试电流对应的监控电流；微控制单元对比使能控制信号和监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准，直到使能控制信号与监控电流匹配。本发明通过闭环监控对负载接口输出的测试电流，提高实际输出的测试电流的精度，从而对负载接口处连接的光器件进行准确的电流性能测试。
Description
技术领域
本发明涉及性能测试技术领域，特别涉及一种用于电流驱动光器件性能测试的电路和方法。
背景技术
当一个器件，如光器件设计出来时，需要配合客户端生产的光模块一起做性能测试，常常因为同时对光模块调试和光器件性能测试时，不能马上定位异常来源于光器件部分还是光模块部分，导致验证周期长，且光器件与光模块的结合和拆卸都需要花费更多的时间。
并且，当前常用给光器件的驱动电流采用专门集成的高速芯片内自带的电流源或者单独用运算放大器加三极管搭建的电流驱动，这些方案主要是生产光模块的客户端使用的，光模块厂商主要有自动功率控制环路（APC），重点关注输出的光功率稳定，会实时通过监控背光二极管（MPD）的反馈去调节光器件（LD）的驱动电流，对驱动电流的精度要求不高，并且只关注驱动电流和输出光功率是否线性。如图4所示，高速芯片所输出的电流和对光器件实际的驱动电流存在差异和非线性。因此在测试光器件的时候所输出的驱动电流都存在精度不高，且非线性的问题，那么对于光器件的测试结果也是不准确的。
发明内容
本发明的目的在于通过闭环监控对负载接口输出的测试电流，提高实际输出的测试电流的精度，从而对负载接口处连接的光器件进行准确的电流性能测试，提供一种用于电流驱动光器件性能测试的电路和方法。
为了解决目前使用高速芯片输出电流时与光器件实际驱动电流存在差异和非线性的问题，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种用于电流驱动光器件性能测试的电路，包括电流驱动单元、电流监控单元、微控制单元、负载接口，其中，
所述微控制单元的输出端与电流驱动单元的输入端连接，用于向电流驱动单元输出使能控制信号；微控制单元的输入端与电流监控单元的输出端连接，用于接收电流监控单元发送的监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准；
所述电流驱动单元的输出端与负载接口连接，用于根据微控制单元发送的使能控制信号输出对应的测试电流至负载接口；
所述电流监控单元的输入端与电流驱动单元的输出端连接，用于监控电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈对应的监控电流。
在上述方案中，电流监控单元与负载接口（连接的光器件）没有直接连接，与传统技术中使用MPD背光监控LD光功率的方式不同，通过微控制单元10位DAC对电流驱动单元的输出，能够大幅度提高电流精度，通过电流监控单元14位ADC去采样电流，也能够提升电流精度，对电流的监控是闭环的，但对电流的输出是开环的，可实时对输出的电流进行校准，从而实现了电流驱动单元输出的测试电流与负载接口实际的测试电流相等或偏差较小的目的，进而保证对光器件的电流性能测试也能准确进行。
所述电流驱动单元包括电流驱动芯片，所述电流驱动芯片包括第一赋值引脚、第二赋值引脚、电流输出引脚；
所述微控制单元通过寄存器地址赋值的方式向电流驱动芯片的第一赋值引脚、第二赋值引脚输出使能控制信号；所述电流输出引脚分别与电流监控单元、负载接口连接。
在上述方案中，微控制单元通过IIC通信（IC0_SDA引脚、IC0_SCL引脚）获取电流驱动芯片U1的地址，给电流驱动芯片U1的寄存器地址赋值，相当于微控制单元向电流驱动单元输出的使能控制信号，以控制电流驱动芯片U1输出对应大小的测试电流，控制方式简单，无需过多的电路结构。
所述电流监控单元包括采样电阻、第一电容、电流监控芯片，所述电流监控芯片包括第一输入引脚、第二输出引脚、监控电流输出引脚；
所述采样电阻的第一端分别与电流驱动芯片的电流输出引脚、电流监控芯片的第一输入引脚连接，采样电阻的第二端分别与电流监控芯片的第二输出引脚、负载接口连接；
所述第一电容的第一端与采样电阻的第一端连接，第一电容的第二端与采样电阻的第二端连接；
所述电流监控芯片的监控电流输出引脚与微控制单元的输入端连接。
在上述方案中，可通过改变所述采样电阻的阻值，调整对电流采样的范围。
所述负载接口连接光器件。
在上述方案中，光器件设计开发出来后，无需安装在客户端生产的光模块上，即可进行电流性能测试，如此缩短了光器件的性能测试周期，提高光器件产品交付效率。
一种用于电流驱动光器件性能测试的方法，应用于上述的任意电路，包括以下步骤：
微控制单元向电流驱动单元输出使能控制信号；
电流驱动单元根据使能控制信号向负载接口输出测试电流；
电流监控单元采集电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈与测试电流对应的监控电流；
微控制单元对比使能控制信号和监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准，直到使能控制信号与监控电流匹配。
所述微控制单元向电流驱动单元输出使能控制信号的步骤，包括：微控制器通过寄存器地址赋值的方式向电流驱动单元输出使能控制信号。
所述电流驱动单元根据使能控制信号向负载接口输出测试电流的步骤，包括：
电流驱动单元向负载接口输出的测试电流为：
其中，I为电流驱动单元向负载接口输出的测试电流；IDAC为微控制单元对电流驱动单元的寄存器地址赋值，IDAC≤1024；A为第一电流控制参数，取值为1或1/2；B为第二电流控制参数，取值为0或128。
在上述方案中，初始想要电流驱动单元输出多大的测试电流，就通过微控制单元的IC0_SDA引脚、IC0_SCL引脚向电流驱动单元的寄存器地址赋值，即改变IDAC的值，从而实现对测试电流大小的控制。
所述电流监控单元采集电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈与测试电流对应的监控电流的步骤，包括：
电流监控单元通过采样电阻采集电流驱动单元输出的测试电流；
电流监控单元向微控制单元发送的监控电流为：
其中，Im为电流监控单元向微控制单元发送的监控电流；IADC为电流监控单元输出的ADC转换值，与采样电阻采集的测试电流大小相关；Gain为增益，取值为20、50、100；R1为采样电阻的阻值。
在上述方案中，电流监控单元通过采样电阻对电流驱动单元输出的测试电流进行采集，经过内部转换后，将测试电流对应的监控电流反馈至微控制单元，即根据采集的测试电流改变IADC的值，完成对测试电流的精准监控。
所述微控制单元对比使能控制信号和监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准的步骤，包括：
当微控制单元对使能控制信号进行校准后，电流驱动单元输出端的电流为：
其中，Iout为微控制单元对使能控制信号进行校准后，电流驱动单元向负载接口输出的测试电流；C为二阶斜率，D为一阶斜率，E为截距，均由微控制单元确定。
在上述方案中，当微控制单元对比使能控制信号与监控电流不匹配时，通过改变C、D、E的值，对电流驱动单元输出的测试电流进行校准，同时电流监控单元实时采集测试电流，并向微控制单元反馈监控电流，直到电流驱动单元向负载接口输出的测试电流准确，如此也保证了对光器件的电流性能测试的准确性。
使能控制信号与监控电流匹配是指，使能控制信号对应的测试电流与监控电流的差值绝对值在预设范围内；
或者是，使能控制信号对应的测试电流经过x倍增益后与监控电流的差值绝对值在预设范围内；
或者是，使能控制信号对应的测试电流与监控电流经过y倍增益后的差值绝对值在预设范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本方案采用电流型方式输出，输出的电流通过微控制单元采用10位DAC的输出控制，精度可以达到0.125mA；采用14位ADC监控去采样电流，电流精度可以达到uA级别；并且驱动电流（测试电流）输出通过电流监控实时校准，输出过程实时补偿，相当于电流是开环输出，而对电流监控又是闭环监控，方案整体电路结构简单，可降低性能测试板的面积，降低设计成本和整体功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明电路单元框图；
图2为本发明电路原理图；
图3为本发明方法流程图；
图4为现有技术高速芯片所输出的电流和对光器件实际的驱动电流存在差异和非线性的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。另外，术语“相连”、“连接”等可以是元件之间直接相连，也可以是经由其他元件的间接相连。
实施例1：
本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种用于电流驱动光器件性能测试的电路，包括电流驱动单元、电流监控单元、微控制单元、负载接口，其中，微控制单元的输出端与电流驱动单元的输入端连接，电流驱动单元的输出端分别与电流监控单元的输入端、负载接口连接，电流监控单元的输出端与微控制单元的输入端连接。
所述微控制单元用于向电流驱动单元输出使能控制信号；电流驱动单元用于根据微控制单元发送的使能控制信号输出对应的测试电流至负载接口；电流监控单元用于监控电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈对应的监控电流；微控制单元对比使能控制信号和监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准，直到使能控制信号与监控电流匹配。
详细来说，请参见图2，所述电流驱动单元包括电流驱动芯片U1、铁氧体磁珠FB1、铁氧体磁珠FB2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7；所述电流驱动芯片U1的VDD引脚分别与电容C4的第一端、电容C6的第一端、铁氧体磁珠FB1的第一端连接，铁氧体磁珠FB1的第二端连接外部1.8V电源；电流驱动芯片U1的VCC引脚分别与电容C5的第一端、电容C7的第一端、铁氧体磁珠FB2的第一端连接，铁氧体磁珠FB2的第二端连接外部3.3V电源；电容C4的第二端、电容C5的第二端、电容C6的第二端、电容C7的第二端均接地。所述铁氧体磁珠FB1、铁氧体磁珠FB2用于抑制信号或电源线的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，减小纹波。
电流驱动芯片U1的DIS_LD引脚分别与电阻R3的第一端、微控制单元的LD_EN引脚连接，电流驱动芯片U1的SDA引脚（第一赋值引脚）分别与电阻R4的第一端、微控制单元的IC0_SDA引脚连接，电流驱动芯片U1的SCL引脚（第二赋值引脚）分别与电阻R5的一端、微控制单元的IC0_SCL引脚连接，电阻R4的第二端、电阻R5的第二端、电阻R6的第二端均接地。
电流驱动芯片U1的SDA引脚、SCL引脚还分别与接口J2连接，可用于连接外部的器件。电流驱动芯片U1的MON引脚与电阻R6的第一端连接，电阻R6的第二端接地。电流驱动芯片U1的A0引脚与电阻R7的第一端连接，电阻R7的第二端接地。电阻R3用于对电流驱动芯片U1的DIS_LD引脚使能控制，防止上电过程中出现不定态造成的输出异常。电阻R4、电阻R5为IIC通信上拉电阻。J2接口为PIN针，方便测试IIC的信号质量。电阻R7为电流驱动芯片U2地址选择，不同的阻值地址不同。
所述电流监控单元包括电流监控芯片U2、采样电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、电容C3；采样电阻R1的第一端分别与电流驱动芯片U1的LD引脚（电流输出引脚）、电流监控芯片U2的IN+引脚（第一输入引脚）连接；采样电阻R1的第二端分别与电流监控芯片U2的IN-引脚（第二输入引脚）、负载接口J1连接。电容C1的第一端与采样电阻R1的第一端连接，电容C1的第二端与采样电阻R1的第二端连接。电容C1主要起到瞬态响应的作用，与采样电阻R1并联构成低通滤波器的作用。采样电阻R1的阻值大小受到对采样精度和范围的控制。
电流监控芯片U2的OUT引脚与电阻R2的第一端连接，电阻R2的第二端分别与电容C2的第一端、微控制器的LD_ADC引脚连接，电容C2的第二端接地。电流监控芯片U2的VS引脚与点葱C3的第一端连接，电容C3的第二端接地。电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9作用为去耦滤波。电阻R2和电容C2对电流监控芯片U2的OUT引脚输出的ADC信号进行滤波。
所述负载接口J1与光器件LD连接，还可以与PD、EA、TEC-、TEC+、RTH连接。
基于以上电路，请参见图3，本方案提出一种用于电流驱动光器件性能测试的方法，包括以下步骤：
步骤1，微控制单元向电流驱动单元输出使能控制信号。
微控制单元通过IIC通信（IC0_SDA引脚、IC0_SCL引脚）获取电流驱动芯片U1的地址，给电流驱动芯片U1的寄存器地址赋值，相当于微控制单元向电流驱动单元输出的使能控制信号，以控制电流驱动芯片U1输出对应大小的测试电流。
步骤2，电流驱动单元根据使能控制信号向负载接口输出测试电流。
电流驱动芯片U1根据微控制单元对寄存器地址的赋值，输出对应大小的测试电流：
其中，I为电流驱动芯片U1向负载接口J1输出的测试电流；IDAC为微控制单元对电流驱动芯片U1的寄存器地址赋值，IDAC≤1024；A为第一电流控制参数，取值为1或1/2；B为第二电流控制参数，取值为0或128，因此测试电流I的范围为0～256mA可调输出。
步骤3，电流监控单元采集电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈与测试电流对应的监控电流。
电流监控芯片U2通过采样电阻R1采集电流驱动单元U1输出的测试电流I，经过电流监控芯片U2内部转换后，向微控制单元输出测试电流I对应的监控电流：
其中，Im为电流监控芯片U2向微控制单元发送的监控电流；IADC为电流监控芯片U2对测试电流I对应的ADC转换值，与采样电阻R1采集的测试电流I大小相关；Gain为增益，取值为20、50、100；R1为采样电阻的阻值。
步骤4，微控制单元对比使能控制信号和监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准，直到使能控制信号与监控电流匹配。
使能控制信号与监控电流匹配是指，使能控制信号对应的测试电流与监控电流的差值绝对值在预设范围内；或者是，使能控制信号对应的测试电流经过x倍增益后与监控电流的差值绝对值在预设范围内；或者是，使能控制信号对应的测试电流与监控电流经过y倍增益后的差值绝对值在预设范围内。
如果使能控制信号与监控电流不匹配时，微控制单元对使能控制信号进行校准，校准后电流驱动芯片U1输出端的电流为：
其中，Iout为微控制单元对使能控制信号进行校准后，电流驱动芯片U1通过其LD引脚向负载接口J1输出的测试电流；C为二阶斜率，D为一阶斜率，E为截距，C、D、E均由微控制单元确定。
背景技术中的现有技术常用给光器件的驱动电流采用专门集成的高速芯片内自带的电流源或者单独用运算放大器加三极管搭建的电流驱动，此方案电流输出精度差且不线性。本方案采用电流型方式输出，输出的电流通过微控制单元采用10位DAC的输出控制，精度可以达到0.125mA；采用14位ADC监控去采样电流，电流精度可以达到uA级别；并且驱动电流（测试电流）输出通过电流监控实时校准，输出过程实时补偿，相当于电流是开环输出，而对电流监控又是闭环监控，方案整体电路结构简单，可降低性能测试板的面积，降低设计成本和整体功耗。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种用于电流驱动光器件性能测试的方法，其特征在于：包括电流驱动单元、电流监控单元、微控制单元、负载接口；所述方法包括以下步骤：
微控制单元向电流驱动单元输出使能控制信号；
所述微控制单元向电流驱动单元输出使能控制信号的步骤，包括：微控制器通过寄存器地址赋值的方式向电流驱动单元输出使能控制信号；
电流驱动单元根据使能控制信号向负载接口输出测试电流；
所述电流驱动单元根据使能控制信号向负载接口输出测试电流的步骤，包括：
电流驱动单元向负载接口输出的测试电流为：
其中，I为电流驱动单元向负载接口输出的测试电流；IDAC为微控制单元对电流驱动单元的寄存器地址赋值，IDAC≤1024；A为第一电流控制参数，取值为1或1/2；B为第二电流控制参数，取值为0或128；
电流监控单元采集电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈与测试电流对应的监控电流；
所述电流监控单元采集电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈与测试电流对应的监控电流的步骤，包括：
电流监控单元通过采样电阻采集电流驱动单元输出的测试电流；
电流监控单元向微控制单元发送的监控电流为：
其中，Im为电流监控单元向微控制单元发送的监控电流；IADC为电流监控单元输出的ADC转换值，与采样电阻采集的测试电流大小相关；Gain为增益，取值为20、50、100；R1为采样电阻的阻值；
微控制单元对比使能控制信号和监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准，直到使能控制信号与监控电流匹配；
所述微控制单元对比使能控制信号和监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准的步骤，包括：
当微控制单元对使能控制信号进行校准后，电流驱动单元输出端的电流为：
其中，Iout为微控制单元对使能控制信号进行校准后，电流驱动单元向负载接口输出的测试电流；C为二阶斜率，D为一阶斜率，E为截距，均由微控制单元通过校准后确定。
2.根据权利要求1所述的一种用于电流驱动光器件性能测试的方法，其特征在于：使能控制信号与监控电流匹配是指，使能控制信号对应的测试电流与监控电流的差值绝对值在预设范围内；
或者是，使能控制信号对应的测试电流经过x倍增益后与监控电流的差值绝对值在预设范围内；
或者是，使能控制信号对应的测试电流与监控电流经过y倍增益后的差值绝对值在预设范围内。
3.一种用于电流驱动光器件性能测试的电路，实现权利要求1或2所述的方法，其特征在于：包括电流驱动单元、电流监控单元、微控制单元、负载接口，其中，
所述微控制单元的输出端与电流驱动单元的输入端连接，用于向电流驱动单元输出使能控制信号；微控制单元的输入端与电流监控单元的输出端连接，用于接收电流监控单元发送的监控电流，当使能控制信号与监控电流不匹配时，对使能控制信号进行校准；
所述电流驱动单元的输出端与负载接口连接，用于根据微控制单元发送的使能控制信号输出对应的测试电流至负载接口；
所述电流监控单元的输入端与电流驱动单元的输出端连接，用于监控电流驱动单元输出的测试电流，并向微控制单元反馈对应的监控电流。
4.根据权利要求3所述的一种用于电流驱动光器件性能测试的电路，其特征在于：所述电流驱动单元包括电流驱动芯片，所述电流驱动芯片包括第一赋值引脚、第二赋值引脚、电流输出引脚；
所述微控制单元通过寄存器地址赋值的方式向电流驱动芯片的第一赋值引脚、第二赋值引脚输出使能控制信号；所述电流输出引脚分别与电流监控单元、负载接口连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于电流驱动光器件性能测试的电路，其特征在于：所述电流监控单元包括采样电阻、第一电容、电流监控芯片，所述电流监控芯片包括第一输入引脚、第二输出引脚、监控电流输出引脚；
所述采样电阻的第一端分别与电流驱动芯片的电流输出引脚、电流监控芯片的第一输入引脚连接，采样电阻的第二端分别与电流监控芯片的第二输出引脚、负载接口连接；
所述第一电容的第一端与采样电阻的第一端连接，第一电容的第二端与采样电阻的第二端连接；
所述电流监控芯片的监控电流输出引脚与微控制单元的输入端连接。
6.根据权利要求3所述的一种用于电流驱动光器件性能测试的电路，其特征在于：所述负载接口连接光器件。
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