基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器及使用方法

摘要

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器及方法。包括输入部分，输入信号缓存电路，信号处理电路，输入输出状态指示电路，输出信号缓存电路和输出部分。其中，输入部分由键盘输入，与计算机通信接口，FPGA配置芯片，与上级电路通信接口四部分组成。输入信号被读入FPGA内部缓存或高速随机存储器，信号处理电路集成中央处理器，完成对输入信号的处理，提取路由信号，并转化成相应的驱动信号存入输出缓存，输出部分从输出缓存读取该驱动信号并完成电平的转换，提高驱动强度后将其提供给所需驱动的多信道光电子芯片。方法包括：多信道光电子芯片特性测量方法和多信道光电子芯片故障检测方法。

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器及使用方法。

背景技术

密集波分复用(DWDM)技术是解决宽带、大容量光纤网络通信的一种有效方法。多信道光电子芯片是构造DWDM系统的关键部件。在多信道光电子芯片的研究、生产及应用中，需要一种特定的测试设备，该设备能够准确接收并处理光通信网络中光纤通信网络中各数据包的路由信号，并将其转化为多信道光电子芯片驱动电路所能接受的驱动信号，驱动多信道光电子芯片完成光路的切换.辅助于光学参数测量仪器，该设备还可以应用于检测多信道光电子芯片各端口的各种光学和电学的综合特性参数，具备较高的检测效率，同时还要操作简单，便于携带，适合普通操作者以及快速检修使用。迄今为止的行业信息及公开文献显示，目前已有的测试方式和测试设备中尚无满足上述要求的测试装置。目前所采用的测试装置主要存在以下缺陷：一是设备笨重，不便于携带，尤其不便于实际应用中故障的快速检修；二是操作复杂，需要具备丰富的光学和电学知识才能正确测量所需参数；三是对光路的判断要由人工计算来完成，不适用于大规模多信道芯片的测试；四是测试过程需要价格昂贵的信号发生器，这些设备成本很高，而且对测试环境的要求也很高；五是一些设备的速度不能达到高速多信道光电子芯片的测试要求，不能真实反映芯片在光通信网络中的实际工作情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤通信网络路由信号处理装置及方法，其具有成本低、方便携带、操作简单、速度快、处理方式灵活的优点。

本发明还涉及到基于FPGA的光纤通信网络中，多信道光电子芯片特性测量方法，以及多信道光电子芯片故障检测方法。

根据上述目的设计了一种基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理装置，包括键盘输入部分，与计算机通信接口，FPGA配置芯片，与上级电路通信接口，输入信号缓存电路，信号处理电路，输入输出状态指示电路，输出信号缓存电路和输出部分。所有的电路可以集成于一块高速印刷电路板(PCB)上实现。装置所采用的器件均为标准的TTL或CMOS接口器件，可以采用直流电源供电或电池供电方式，也可以通过计算机USB口供电；光纤通信网络的路由信息可以直接采取通过键盘输入，通过专用通信接口与计算机或上级电路通信或者通过FPGA配置芯片利用软件控制获得。路由信息被读入输入缓存，输入缓存为高速SDRAM及FPGA片内RAM，信号处理电路可以采用具有软核CPU功能的FPGA，从而大大提高数据处理能力及处理速度。信号处理电路从输入缓存中读取路由信息数据，处理成多信道光电子芯片驱动电路所能识别的驱动信号以及输入输出指示部分的驱动信号，并将其送入输出缓存输出。输入输出指示部分可以是发光二极管或者LED，其指示出输入的路由信号所对应的多信道光电子芯片的端口信息。输出缓存中的驱动信号经输出部分电平转换后加载到多信道光电子芯片的驱动电路，完成光路的切换。

本发明借助FPGA芯片软核CPU强大的数据处理能力，将光通信网络中的路由信息信号转换成多信道光电子芯片控制和驱动电路的驱动信号，可以为芯片提供测试信号，控制多信道芯片状态，实现光路的切换。辅助以光学测试仪器如功率计、示波器等，可以方便的探测出各个输出端口输出的光功率P_o，从而可以准确模拟多信道光电子芯片在光通信网络中的工作状态，并及时检测多信道光电子芯片的常规特性参数，如输出光功率与与工作电流的关系P_o-I_op曲线，损耗与工作电流的关系Loss-I_op曲线，以及串扰、工作功率、速度等；操作简单，大大提高检测效率。更为重要的是，本设备借助于现代FPGA技术以及先进的软核CPU技术，低成本地实现了整个系统的高度集成，并可以采用多种供电方式来提供电源，整个装置体积小，方便携带，特别适合于实际应用中故障的现场快速检修。

所述的装置采用的器件均为标准的TTL或CMOS接口器件，其供电方式可以采用直流电源供电或电池供电，也可以采取计算机USB口供电。

需处理的路由信号可以采用通过键盘输入部分直接输入获得。

需处理的路由信号可以通过与计算机通信接口来与计算机通信获得。

需处理的路由信号可以采用FPGA配置芯片通过软件控制自动产生。

需处理的路由信号可以通过与上级电路通信接口来与上级电路通信获得。

所采用的各种方法可以单独使用，也可以结合使用。结合使用时，可以采用软件控制不同方法的优先级和中断条件。

输入输出信号缓存电路(5)和(8)可以采用随机存储器RAM，闪存FLASH，或者是FPGA内部的高速RAM构成。

输入输出状态指示部分(7)采用发光二极管阵列LED或液晶显示屏。

所述的路由信号处理电路是现场可编程门阵列FPGA，包括指令寄存器、指令译码器、数据寄存器、以及软核中央处理器等。

所采用的FPGA具有支持软核CPU处理器的能力。

本发明可应用于多信道光电子芯片测量技术及故障监测中的路由信号产生及处理装置。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明测试装置的方框图。

图2是本发明一实施例的硬件设计PCB示意图。

图3是本发明进行多信道光电子芯片特性测量时的工作流程示意图。

图4是本发明应用于实际工作中故障检测时的工作流程示意图。

具体实施方式

从图1可见，本发明键盘输入部分(1)，与计算机通信接口(2)，FPGA配置芯片(3)，与上级电路通信接口(4)，输入信号缓存电路(5)，信号处理电路(6)，输入输出状态指示电路(7)，输出信号缓存电路(8)和输出部分(9)。所有的电路可以集成于一块高速印刷电路板(PCB)上实现。其中，输入部分(1)(2)(3)(4)分别与输入信号缓存电路(5)相连接，信号处理电路(6)与输入信号缓存电路(5)，输入输出状态指示电路(7)，输出信号缓存电路(8)和输出部分(9)相连接。

图2给出了图1所述装置的一实施例的电路示意图。其中，信号处理电路是可以编程软核CPU的FPGA，包括了寄存器，加法器等。为了满足高速测试的需要，输入缓存采用了高速SDRAM，经由键盘或者计算机通信口输入的路由信号能够即时进入高速SDRAM并得到处理。软核CPU直接对SDRAM中的数据进行读入并进行处理。采用FPGA配置芯片软件控制输入路由信号以及通过与上级电路进行通信输入路由信号方式的，输入缓存利用FPGA内部提供的RAM IP核来实现。输出缓存则统一采用FPGA内部提供的RAM IP核来实现。输入输出状态指示电路本例中为发光二极管阵列LED，指明路由信息所对应的多信道光电子芯片的输入输出端口，方便判断多信道光电子芯片此时的工作状态以及光路所经过的器件单元。在本实施例中，FPGA采用了Altera公司的Cyclone II系列，相应的配置芯片采用的为EPCS1芯片。在本实施例中所采用的光学辅助设备为功率计、示波器等。所采用的多信道光电子芯片为带有驱动电路的热光开关阵列。

图3给出了本发明实施例进行热光开关阵列/调制器特性测量时的工作顺序。本发明应用于热光开关阵列/调制器特性测量时，多信道光电子芯片特性测量方法，应遵循下列工作步骤：

1)由键盘发出路由信号或者与计算机或上级电路通信获得路由信号，也可以通过FPGA控制芯片产生路由信号，此路由信号被读入输入信号缓存电路；

2)路由信号经信号处理电路处理后，被转化成多信道光电子芯片驱动电路的驱动指令；

3)根据驱动指令，相应的驱动电路的驱动多信道光电子芯片各芯片单元的驱动器，改变光信号状态，利用光学测量设备监测各输出端口的输出功率；

4)通过计算即可得到芯片的损耗、串扰、功耗等特性；

5)清零，通过键盘发出清零命令，将装置置于初始化状态；

6)检测是否还有未测端口，如果已经全部测完，测试结束，否则重复以上步骤。

图4给出了本发明实施例进行故障检测时的工作流程图。本发明应用于热光开关阵列/调制器故障检测时，多信道光电子芯片故障检测方法，应遵循下列工作步骤：

1)由键盘发出路由信号或者与计算机或上级电路通信获得路由信号，也可以通过FPGA控制芯片产生路由信号，此路由信号被读入输入信号缓存电路。

2)路由信号经信号处理电路处理后，被转化成多信道光电子芯片驱动电路的驱动指令。

3)检测输出端口输出功率；

4)将各端口输出功率与器件正常工作时指标相比较，如果输出满足性能要求，说明此光路上所有的芯片单元均为正常的，返回步骤1；

5)如果输出不能满足正常工作指标，获取另一组路由信号，使其选通光路和由上一组路由信号确定的选通光路存在交叉单元(即选通光路共有某个开关单元)；

6)将各端口输出功率与器件正常工作时指标相比较，如果输出满足性能要求，则两次测量过程中所共用的交叉单元为正常工作单元，否则，两个光路的交叉单元可能为故障单元。

7)反复重复5)和6)，若含有此故障单元的所有光路都不正常，则确定此单元为故障单元。

综上所述，本发明基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器至少具有以下优点：

1.本发明基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器结构简单，工艺成熟，制作成本低。

2.本发明基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器操作简单，体积小，便于携带，且可以采用多种方式供电，这种优点在实际故障检测中尤为重要。

3.本发明基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器引入了FPGA作为电路信号处理的基本单元，大大降低了成本且易于实现。

4.本发明基于FPGA的光纤通信网络路由信号处理器辅以光学测量设备，可以一次性完成多信道光电子芯片多项性能指标的测试，测试效率高。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。