光模块的失效模式与嵌入式监测方法研究

发布时间：2020-03-10 01:07

【摘要】：光电产品泛指具有光电和电光转换功能的光电集成产品。与一般的电子产品不同,光电产品内部结构复杂,信号多样,且具有高精度、高速率和高度敏感性。因此,光电产品的故障监测和诊断技术研究比较滞后,这也造成了光电产品机内测试技术发展缓慢。针对这一问题,本文以光收发一体模块这一典型的光电集成产品为对象,深入分析了由于光电子器件和功能电路失效导致的光模块故障模式,并基于光模块原有的数字监测功能提出了改进方案,为光电产品故障监测和诊断技术奠定理论和技术基础。论文的主要研究内容包括:1.激光器和探测器的失效分析与特性仿真将光模块的失效模式分为器件失效和电路失效两类,首先探讨半导体激光器和光电探测器的失效模式,建立它们的故障树,并从物理层面定性地分析了其失效影响。然后利用激光器和探测器的等效电路模型,基于PSpice软件工具对其进行特性仿真,获得激光器和探测器在不同条件下的工作状态,归纳引起其失效的主要原因。2.光模块电路故障及故障影响分析分别从发射部分和接收部分两个方面探讨光模块的电路故障,着重对发射部分的自动功率控制和自动调制控制电路,以及接收部分的前置放大电路进行分析,确定引起光模块失效的主要电路原因。然后分析光模块主要性能参数之间的影响。最后利用Optisystem软件工具,建立数字光纤传输系统,利用该系统仿真光模块和光电子器件主要失效模式对光纤传输性能造成的影响。3.光模块嵌入式监测方法研究对SFF-8472协议规定的数字监测与诊断功能展开分析,证明了现有光模块监测方法的不足,并提出在SFF-8472协议的基础上,选择激光器调制电流作为追加的监测参数。基于AVR单片机,设计改进的嵌入式监测方案,对参数的采集、转换以及存储方法做了详细的说明。最后利用新方案的监测参数,达到间接监测光模块消光比的目的。
【图文】：

论文研究,思路

1.3 论文研究思路与章节安排3.1 论文研究内容及思路本文针对上述问题，首先对构成小型封装光收发一体模块的主要光电子器物理特性和结构原理进行深入分析，然后在此基础上探讨激光器和探测器的模式及机理，并利用其等效电路模型，进行信号和响应仿真。然后借鉴电子的故障分析方法，对光模块的发射部分和接收部分的电路故障展开研究，并步推导电路故障对模块性能和光通信质量造成的影响。基于光纤通信系统仿具 optisystem，建立点对点光纤通信系统，对光模块的失效引起的系统误码率化进行模拟。在失效模式和影响分析的基础上，选择光模块的监测和诊断参结合 SFF-8472 协议的规定，，确定追加发射部分调制电流为监测参数的改进方计了监测电路，实现监测方案的改进，最后利用新方案的监测参数获取消光实时值。论文总体研究思路如图 1.1 所示。

结构框图,光模块,结构框图

它们的等效电路模型，进行信号和响应仿真，得到光电子器件的影响。2.1 光模块原理简介及失效类型模块基本结构和原理发一体模块（optic transceiver）简称光模块，是能够实现光信号转换的微型光电子系统。光模块来源于原本分立的光发射机和代微电子技术，将具有驱动和放大功能的电路制成芯片，并集积的模块内，也就形成了现在的光模块[26]。光模块的发射和接符合现代电信传输标准，被广泛应用于光纤通信系统中。块是一种典型的光电集成产品，从功能上可分为发射、接收和基本结构如图 2.1 所示。发送端把电信号转换成光信号，通过光把由光纤接收的光信号，转换成电信号，由电接口输出，控制状态参数的监测和诊断，以及对外主机的通信。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN07

【参考文献】