CN101834666A - 一种测试光网络单元突发光功率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试光网络单元突发光功率的装置和方法，当系统发出的突发使能有效时，一方面使光网络单元控制激光器发光，激光器中的光电二极管输出正比于激光二极管的输出的突发光功率的光电流给前置放大器转换成电压信号，通过微控制器的采样保持电路输出给微控制器的模拟数字转换器；另一方面触发微控制器的外部管脚中断，进入外部管脚中断服务流程，在中断服务流程中控制控制模块和模拟数字转换器，完成突发光功率的采样；当定时时间到，触发定时中断，进入定时中断服务流程，完成突发光功率的计算。采用了本发明的技术方案，能够得到准确的突发光功率值，降低了成本，提高了光网络单元的可靠性。

Description

一种测试光网络单元突发光功率的装置和方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种测试光网络单元突发光功率的装置和方法。

背景技术

无源光网络(PON-Passive Optical Network)由于消除了电信局端与用户端之间的有源设备，从而使得维护简单、可靠性高、成本低，成为了光纤到户(FTTH-Fiber To The Home)，光纤到楼(FTTB-Fiber To The Building)和光纤到路边(FTTC-Fiber To The Curb)等服务的主要解决方案。

在采用了时分多址(TDMA-Time Division Multiple Access)技术的无源光网络中，用户端的光网络单元必须在规定的时隙内以突发的方式发送数据给局端的光线路终端(OLT-Optical Line Terminal)，为了便于网络维护，光网络单元需要上报其发送光功率，这就要求光网络单元必须具有突发光功率测试的功能。

图1是现有技术中测试光网络单元突发光功率的装置的结构示意图。如图1所示，测试光网络单元突发光功率的装置的原理是，在外部突发使能信号有效时，采样保持电路的开关被接通，反映光网络单元突发光功率的电压被储存在采样保持电路的电容上；另一方面，突发使能信号经过延时后启动模拟数字转换器(ADC-Analog to Digital Converter)，采样前一级采样保持电路的输出电压；最后通过数据处理单元来计算光网络单元最近一次的突发光功率。由于协议规定的最小时隙非常短(如HGEPON(Gigabit Ethernet Passive OpticalNetwork)为810纳秒，GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Network)为410纳秒)，这就要求该装置必须要有一个高速的采样保持电路开关和一个高速的模拟数字转换器。例如在图1的技术方案中，如果只有两个光网络单元以500纳秒的间隔时间交替发光，则要求模拟数字转换器的采样率为[1/(500×10^-9)]＝2MSPS，而通常集成在微控制器(MCU-MiCro Controller Unit)内部的模拟数字转换器的采样率只有几十KSPS到几百KSPS，使用外部模拟数字转换器又会大大增加成本、体积和电路的复杂度。

如果仍然采用该方案，又不使用高速的模拟数字转换器件，则必须使用异步采样的方法，即启动模拟数字转换器的时间不和采样保持电路开关闭合的时间保持一致，那么所得的采样值会因为采样保持电路中的电容放电效应使得采样值不准，所以上述装置在要求小体积、低成本的光网络单元中实现是不可取的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测试光网络单元突发光功率的装置和方法，能够获得准确的突发光功率值，降低成本，提高光网络单元的可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种测试光网络单元突发光功率的装置，包括激光器、前置放大器和微控制器，所述激光器进一步包括激光二极管和光电二极管，所述微控制器进一步包括外部管脚中断、控制模块、采样保持电路、模拟数字转换器、数据处理单元和定时器，所述光电二极管与所述前置放大器连接，用于输出正比于所述激光二极管的输出突发光功率的光电流给所述前置放大器，所述前置放大器与所述采样保持电路相连，用于将输入光电流转换成成正比的输出电压送给所述采样保持电路，所述外部管脚中断与所述控制模块连接，用于获取外部突发使能信号启动所述控制模块，所述控制模块分别与所述采样保持电路和所述模拟数字转换器连接，用于启动和停止所述采样保持电路和所述模拟数字转换器，完成对所述前置放大器输出的电压采样，所述采样保持电路与所述控制模块和所述模拟数字转换器连接，用于保持所述前置放大器的输出电压，所述模拟数字转换器与所述采样保持电路、所述控制模块和所述数据处理单元连接，用于将所述采样保持电路输出的保持电压转换为相应数据送数据处理处理单元，所述定时器与所述数据处理处理单元连接，用于定时启动数据处理单元，所述数据处理单元与所述模拟数字转换器和定时器连接，用于将所述模拟数字转换器输出的数据进行处理，计算出突发光功率的值。

一种测试光网络单元突发光功率的方法，包括以下步骤：

A、当外部突发使能有效时，光网络单元控制激光器发光，激光器中的光电二极管输出正比于激光二极管的突发光功率的光电流给前置放大器；

B、前置放大器将正比于突发光功率的电压信号通过微控制器的采样保持电路输出给微控制器的模拟数字转换器；

C、微控制器的外部管脚中断的输入管脚连接外部突发使能信号，当外部突发使能信号有效时，触发微控制器的外部管脚中断，进入外部管脚中断服务流程，启动控制器完成突发光功率的采样，当定时器设定的定时时间到，触发定时中断，进入定时中断服务流程，完成突发光功率的计算。

步骤C中，外部管脚中断服务流程进一步包括以下步骤：

禁止微控制器的外部管脚中断；

启动控制器，从而启动采样保持电路和模拟数字转换器，对前置放大器输出的正比于突发光功率的电压信号进行采样并转换成数据送给数据处理单元处理保存；

重新使能微控制器的外部管脚中断，从突发使能中断服务流程返回。

步骤C中，定时中断服务流程进一步包括以下步骤：

禁止微控制器的外部管脚中断；

启动数据处理单元，读取模拟数字转换单元保存的数值，根据保存的模拟数字转换器转换的数据计算出突发光功率，并将计算的突发光功率值保存，供系统读取；

重新使能微控制器的外部管脚中断，从定时中断服务流程返回。

其中，定时时间为50毫秒。

采用了本发明的技术方案，能够得到准确的突发光功率值，避免使用高速器件，降低了成本，大大降低了硬件的复杂度，提高了光网络单元的可靠性，并且节约了空间，有利于光网络单元中的其它器件布局和布线。

附图说明

图1是现有技术中测试光网络单元突发光功率的装置的结构示意图。

图2是本发明具体实施方式中测试光网络单元突发光功率的装置的结构示意图。

图3是本发明具体实施方式中突发使能中断服务流程图。

图4是本发明具体实施方式中定时中断服务流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明的主要技术思想是基于目前大多数的微处理器(MCU)都在内部集成了采样保持电路和模拟数字转换电路，并且价格也较低(比如Atmel公司的型号为ATMega88的AVR单片机)，所以经前置放大电路输出的正比于激光器输出光功率的电压信号直接送至微控制器内部的采样保持电路，然后再送到模拟数字转换电路，这样就省去了外部的采样保持电路开关和模拟数字转换电路。

另外，突发使能信号不直接控制采样保持电路的开关，也不直接控制模拟数字转换电路的启动，而是接到微控制器的外部中断输入管脚，这样当突发使能信号有效时，微控制器可以立即进入中断服务流程，然后在软件中实现光功率采样。

图2是本发明具体实施方式中测试光网络单元突发光功率的装置的结构示意图。加图2所示，测试光网络单元突发光功率的装置包括激光器、前置放大器和微控制器，激光器进一步包括激光二极管和光电二极管，微控制器进一步包括外部管脚中断、控制模块、采样保持电路、模拟数字转换器、数据处理单元和定时器。

光电二极管与前置放大器连接，输出正比于激光二极管的输出突发光功率的光电流给前置放大器，前置放大器与采样保持电路相连，将输入光电流转换成成正比的输出电压送给采样保持电路。

外部管脚中断与控制模块连接，获取外部突发使能信号启动控制模块，控制模块分别与采样保持电路和模拟数字转换器连接，启动和停止采样保持电路和模拟数字转换器，完成对前置放大器输出的电压采样，采样保持电路与控制模块和模拟数字转换器连接，保持前置放大器的输出电压，模拟数字转换器与采样保持电路、控制模块和数据处理单元连接，将采样保持电路输出的保持电压转换为相应数据送数据处理处理单元，定时器与数据处理处理单元连接，定时启动数据处理单元，数据处理单元与模拟数字转换器和定时器连接，将模拟数字转换器输出的数据进行处理，计算出突发光功率的值。

下面描述测试光网络单元突发光功率的方法。

首先，当外部突发使能有效时，光网络单元控制激光器发光，激光器中的光电二极管输出正比于激光二极管的突发光功率的光电流给前置放大器。

其次，前置放大器将正比于突发光功率的电压信号通过微控制器的采样保持电路输出给微控制器的模拟数字转换器。

然后，微控制器的外部管脚中断的输入管脚连接外部突发使能信号，当外部突发使能信号有效时，触发微控制器的外部管脚中断，进入外部管脚中断服务流程，启动控制器完成突发光功率的采样，当定时器设定的定时时间到，触发定时中断，进入定时中断服务流程，完成突发光功率的计算。

图3是本发明具体实施方式中突发使能中断服务流程图。如图3所示，突发使能中断服务流程包括以下步骤：

步骤101、进入突发使能中断服务流程。

步骤102、禁止微控制器的外部管脚中断和需要使用采样数据的其它中断。

步骤103、启动控制器，从而启动采样保持电路和模拟数字转换器，对前置放大器输出的正比于突发光功率的电压信号进行采样，并进行转换。

步骤104、查询模拟数字转换是否结束，如果结束则转至步骤105，否则返回步骤103。

步骤105、数据处理单元保存模拟数字转换后的数据。

步骤106、重新使能微控制器的外部管脚中断和需要使用采样数据的其它中断。

步骤107、从突发使能中断服务流程返回。

图4是本发明具体实施方式中定时中断服务流程图。如图4所示，定时中断服务流程包括以下几个步骤：

步骤201、进入定时中断服务流程。

步骤202、禁止微控制器的外部管脚中断。

步骤203、启动数据处理单元，读取模拟数字转换单元保存的数值，根据保存的模拟数字转换器转换的数据计算出突发光功率，并将计算的突发光功率值保存，供系统读取。

步骤204、从定时中断服务流程返回。

本发明具体实施方式详细描述了测试的流程：

突发使能信号有效后，立刻触发微控制器的外部管脚中断，从而使微控制器转向突发使能中断服务流程。

在突发使能中断服务流程中首先禁止外部管脚中断和其它中断，禁止外部管脚中断能避免外部管脚中断频繁发生时，突发使能中断服务流程不断嵌套执行，最终导致堆栈溢出，流程跑飞，禁止需要使用采样数据的其它中断能避免模数转换器在进行采样时被其打断，从而保证其使用的采样数据是正确的。

突发使能中断服务流程然后启动模拟数字转换器进行采样，当采样完成后，保存采样结果数据，然后重新使能外部管脚中断和其他需要使用采样数据的中断，最后退出突发使能中断服务流程。

上述过程中，在突发使能中断被禁止的期间，如果突发使能再次有效，不会触发新的中断，即不会启动新的模拟数字转换，这样突发光功率的计算值就不是最新的，但是由于系统一般只要求50毫秒内更新一次突发光功率值，并且在一定时期内，光功率一般不会发生突变，所以漏掉了几次光功率采样是完全可以的。

定时时间到会触发定时中断(通常为50毫秒)，微控制器转入定时中断服务流程。在定时中断服务流程中首先禁止外部管脚中断，然后进行突发光功率计算，之后再使能外部管脚中断，最后定时中断返回。该中断服务流程之所以要禁止外部管脚中断，是为了保护最近一次外部管脚中断中保存的采样数据。

例如采用10位的模拟数字转换器，则转换结果必须以两个字节来保存，假设ADCValue_H保存高字节值，ADCValue_L保存低字节值，最近一次采样的结果为0x0FF(ADCValue_H＝0x0，ADCValue_L＝0xFF)，而在光功率计算期间没有禁止突发使能中断，并且发生了一次突发使能中断，新得的采样值为0x100(ADCValue_H＝0x1，ADCValue_L＝0x0)，那么在计算突发光功率时，就可能会出现ADCValue_H使用的上次采样的值，为0x0，而ADCValue_L使用的是最近这次中断采样的值，也是0x0，这样计算出来的光功率就严重偏离实际值而发生错误。

光功率的计算放在定时中断服务流程中执行，而不是放在突发使能中断服务流程中执行，是因为外部管脚中断一般会比50毫秒的定时中断发生得频繁，而光功率计算涉及到浮点运算，会比较耗时，那么微控制器的大部分时间都在执行无用的采样及浮点运算操作，使得微控制器很少执行其它任务，大大降低了流程的实时性。

以上所述，仪为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种测试光网络单元突发光功率的装置，其特征在于，包括激光器、前置放大器和微控制器，所述激光器进一步包括激光二极管和光电二极管，所述微控制器进一步包括外部管脚中断、控制模块、采样保持电路、模拟数字转换器、数据处理单元和定时器，所述光电二极管与所述前置放大器连接，用于输出正比于所述激光二极管的输出突发光功率的光电流给所述前置放大器，所述前置放大器与所述采样保持电路相连，用于将输入光电流转换成成正比的输出电压送给所述采样保持电路，所述外部管脚中断与所述控制模块连接，用于获取外部突发使能信号启动所述控制模块，所述控制模块分别与所述采样保持电路和所述模拟数字转换器连接，用于启动和停止所述采样保持电路和所述模拟数字转换器，完成对所述前置放大器输出的电压采样，所述采样保持电路与所述控制模块和所述模拟数字转换器连接，用于保持所述前置放大器的输出电压，所述模拟数字转换器与所述采样保持电路、所述控制模块和所述数据处理单元连接，用于将所述采样保持电路输出的保持电压转换为相应数据送数据处理处理单元，所述定时器与所述数据处理处理单元连接，用于定时启动数据处理单元，所述数据处理单元与所述模拟数字转换器和定时器连接，用于将所述模拟数字转换器输出的数据进行处理，计算出突发光功率的值。

2.一种测试光网络单元突发光功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、当外部突发使能有效时，光网络单元控制激光器发光，激光器中的光电二极管输出正比于激光二极管的突发光功率的光电流给前置放大器；

B、前置放大器将正比于突发光功率的电压信号通过微控制器的采样保持电路输出给微控制器的模拟数字转换器；

C、微控制器的外部管脚中断的输入管脚连接外部突发使能信号，当外部突发使能信号有效时，触发微控制器的外部管脚中断，进入外部管脚中断服务流程，启动控制器完成突发光功率的采样，当定时器设定的定时时间到，触发定时中断，进入定时中断服务流程，完成突发光功率的计算。

3.根据权利要求2所述的一种测试光网络单元突发光功率的方法，其特征在于，步骤C中，外部管脚中断服务流程进一步包括以下步骤：

禁止微控制器的外部管脚中断；

启动控制器，从而启动采样保持电路和模拟数字转换器，对前置放大器输出的正比于突发光功率的电压信号进行采样并转换成数据送给数据处理单元处理保存；

重新使能微控制器的外部管脚中断，从突发使能中断服务流程返回。

4.根据权利要求2或者3所述的一种测试光网络单元突发光功率的方法，其特征在于，步骤C中，定时中断服务流程进一步包括以下步骤：

禁止微控制器的外部管脚中断；

启动数据处理单元，读取模拟数字转换单元保存的数值，根据保存的模拟数字转换器转换的数据计算出突发光功率，并将计算的突发光功率值保存，供系统读取；

重新使能微控制器的外部管脚中断，从定时中断服务流程返回。

5.根据权利要求4所述的一种测试光网络单元突发光功率的方法，其特征在于，定时时间为50毫秒。

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