光收发器在光纤通讯系统中扮演着非常重要的角色。所有网络传输中必须转换成光信号的数据或是需要将接收的光讯号转回电子型态，都利用光收发器来完成。自然地，光收发器的质量良窳就成了整个光纤通讯系统的重要关键。以目前的制造技术而言，不论是低速（155Mbps）或是高速（2.5Gbps以上）的光收发器，都还是必须由人工调整其发射端的雷射输出参数。因为如此，所有的光收发器就都必须要经过最终测试，确定该产品已符合标示规格才得以出货。以OC-48（2.5Gbps）的光收发器而言，要通过95％的信心指数，并且达到10E-12的灵敏度测试，必须消耗二十分钟以上的时间，若是速度降低到目前最大量的155Mbps，则时间延长为5.3小时。在这种情况之下，生产光收发器的成本将高不可攀，进而阻碍网络的发展。有鉴于此，光收发器生产线的量测系统妥善规划，并导入自动化测试设备对于光收发器产业将是一项不可或缺的重要任务。

测试及算法

一个完整的光收发器（Optical Transceiver）实际上包括两个组件：光发送器及光接收器。这两种不同的组件，其实是由不同的零件构成。光发送器主要是由雷射二极管及调变器等电子组件组合而成；而光接收器则是由光接收半导体与组抗转换放大器构成。既然是不同的组件，产品测试的架构及所要测试的项目当然也不一样。其中光发送器需要的测试项目包括：上升时间（Rising Time；Tr）、下降时间（Falling Time；Tf）、颤抖峰值（Jitter；peak to peak）、颤抖均方根值（JitterRMS）、平均功率（Average Power；Pavg）、消灭率（Extinction Ratio；Er）、波罩测试（Mask Test）等七项；光接收器的测试有开启功率（Recovery Power）关闭功率（Shut Down Power）及灵敏度（Sensitivity）。

基本的光收发器量测自动化系统架构可以直接将上述两种独立的测试系统合并而来，如(图一)。在这个基本架构我们可以看到因为光接收器测试路径中待测物的输入端为光信号，需要由误码率测试仪发送信号至一标准电光转换器转换成光，并且利用光衰减器仿真光信号经过长距离光纤的衰减，再将信号送回误码率测试仪量测误码率决定灵敏度等参数。误码率测试仪包含码型产生器及错误侦测器，实际应用在自动化量测系统中，我们也可以利用误码率测试仪的码型产生器来扮演光发送器的输入，这时光发送器的测试只要再加上数字通讯分析仪（DCA）就可以取得测试参数。在(图二)的照片中，我们可以看到一台误码率测试仪数字通讯分析仪（DCA）光衰减器以及仪器上方的待测物。这个照片是实际可以在产线运作的系统。

算法

光收发器量测中最大的挑战是灵敏度测试。正常的灵敏度测试旷日费时，并不适合应用在生产在线。因此需要设计出测试算法来缩短测试时间并且精准量测所需的灵敏度。以下就针对灵敏度测试算法来逐一探讨。

逐步增加衰减量

第一种方式是逐步增加衰减量，减少进入光接收器的光能量，直接将误码开始产生的光功率减去一固定的值来标定该光接收器的灵敏度。例如：光功率降为-35dBm时开始再误码仪上观测有误码产生，直接将-35dBm扣减-1dB成-34dBm，则该光接收器的灵敏度为-34dBm。这种测试优点是快速且不需要复杂的演算，但是直接将误码开始发生的光功率扣减固定功率余裕难免会对量测的精准度产生影响。毕竟并非每一颗待测物的特性都相同，且误码开始产生点的误码率数值不同将会决定该扣减的功率，因此若以单一的功率量来决定其灵敏度，将无法正确取得精确的量测值。

外差计算法

第二种方式是利用外差的计算出其灵敏度。这种方式是利用较高的数个不同误码率出现光功率点来外差出所需要的灵敏度。比如说先以较大的衰减量找出误码率为10E-3及10E-5的光功率，再利用线性二次外差或是三次以上的非线性外差配合线性回归的方式，计算出误码率为10E-12时的光功率。这种外差法计算出的灵敏度其实可以算是用预测的，其优点一样是不需要很复杂的算法，只要几个光功率数值及骑对应的误码率就可以运算。其缺点仍然是较不精准。各种不同制程的光接收二极管组件也都各自有不同的特性曲线，若用单一算法(或说单一曲线)来套用于所有待测物上，其量测值误差也会有所不同。

适用性控制理论

第三种测试系统采用非线性控制（Non-Linear Control Theory）中的适应性控制理论（Adaptive Control）来量测灵敏度，称为非线性收敛法（Non Linear Approaching）。这种算法实时根据不同的光功率及误码状况来调整光衰减量，最后收敛至光接收器的灵敏度。其光功率变化与时间的关系，可以想象成一个过组尼系统的步阶响应，如(图三)依照不同的光接收器，该算法将会按照不同的光衰减步阶来增减光衰减量，因此，若是套用于不同待测物上，其曲线并不会完全如(图三)，而或多或少会有些不同。然而因为应用适应控制理论，其最后还是将会收敛至待测物实际的灵敏度。这种算法最大的优点在于可运用在各种不同制程、特性的光接收器上，避免因为利用固定参数进行量测或计算造成的误差。

至于自动化量测系统最重要的量测时间，由于利用该控制理论，即使算法复杂且须大量数据运算，每颗待测物平均在一分钟可以完成灵敏度的测试。相对于上述两种简单的算法或量测系统而言，测试时间只在伯仲之间，并不会因为大量数据运算而牺牲速度。然而其不可避免的缺点则是开发该量测自动化系统将是一件非常艰巨的工程。不过，这个费力的工作，只需交给量测供货商就可以了。目前，已有仪器供货商开发出该系统，并针对不同需求提供客制化（Customize）的服务。

进阶架构

介绍了基本测试架构及三种不同的算法之后，我们来谈谈测试架构的变形。(图一)是单颗光收发器测试（Single DUT Serial Test）的基本架构，称为单待测物序列测试。这种方式每测完一颗待测物就必须要上下待测物一次，无形中增加了测试的平均时间。是不是能够每次都多测几颗待测物，再一次更换数颗待测物这样将会缩短非测试的时间？答案是可以！如果我们在整个系统中加入交换器（Switch）就可以达到我们想要的架构。(图四)是加了两个交换器之后的测试架构，该系统可以同时装载四个待测物。这种系统称为多待测物序列测试（Multiple DUT Serial Test）。

以上谈到的都是单颗测试，不过不论是单待测物序列测试或是多待测物序列测试，都是一次只测试一颗光收发器。为了要提升测试效率，还有一种测试平台可以同时测试多个待测物。对于光收发器测试而言，最大的限制是在误码率测试仪（Bert Error Ratio Tester），如果利用可以同时测试多组误码率的测试仪器，我们就可以同时测试多组待测物。这种测试架构适合用在极大量的产在线，市场上甚至有一台平行误码率测试仪（Paralles Bert Error Ratio Tester；ParBERT）可以同时测试六十四个光接收器的误码率。有了这样子的仪器，就可以建构多待测物平行测试（Multiple DUT Parallel Test）的生产线量测系统。

量测设备需求

测试光收发器如上文所提，可分为两部分：光接收器及光发送器，而所需的仪器也不同。光发送器测试仪器较为简单，只要一台码型产生器（Pattern Generator）及一台 DCA（Digital Communication Analyzer）或是一台数字取样示波器即可。所必须要注意的地方是在于该数字通讯测试仪的量测在于光功率及时间的关系。因此仪器的良劣在于其光输入的部分，是否能真正的测试待测物的特性，仪器本身的热噪声及带宽，是否会将讯号扭曲变形。另外，测试仪器输入端的光转电转换率（Conversion Gain）是否精确校验，也是极为重要的一环。通常外接的光电转换器（O/E converter）的分析仪（或示波器）提供的光电转换精确度比内建的机种差很多。

光接收器的测试显然较为复杂。所需的仪器有光衰减器（Optical Attenuator）、误码率测试仪（BERT）、标准电光转换器（Golden E/O converter）。光衰减器部份，除了衰减的精确度以外，如果有内建功率监视器（Power Monitor），则我们可以将灵敏度测试的精确度再提高，减低图一中光耦合器（Optical Coupler）的误差。误码率测试仪的选择方面是一门学问，因为在整个量测系统中此仪器战成本的一半。仪器系统的稳定性，功能是否齐备，可否扩充成为多频道的解决方案，是选择的重点。产业进化速度越来越快，今天的主流产品到了明年可能已经遭到淘汰，因此有必要选择一个扩充性较高的架构，以保障现有投资。

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光收发器有一种双胞胎兄弟，光询答机（Optical Transponder）。这种光通讯组件将多任务器/解多任务器放进光收发器的模块中，使我们得以善用光纤通讯的高带宽，高数据率来传送多组低速的网络数据。比如说一个2.5Gbps的光纤通路可以同时传送十六组155Mbps的低速网络数据，利用光询答机将十六组低速的网络数据多任务成为一条高速的光纤数据信道。在接收端则是采用解多任务器，将所接收到高速的光信号解回各个低速的频道。

基本上，光询答机的测试与光收发器的测试大同小异，唯一不同的是测试用的误码率测试仪必须具备测试多任务器/解多任务器的能力，否则，建立测试平台时，就必须用土法炼钢的方式测试光询答机内部的多任务器/解多任务器。如此一来，不但测试工程浩大、流程复杂、效率低落、增加成本，甚至一不小心还会操作错误、降低良率。幸好，上述的平行误码率测试仪（Paralles Bert Error Ratio Tester；ParBERT）具备该测试多任务器/解多任务器的能力，让光主动组件的测试更加有弹性更加完备。

结论

光收发器测试自动化系统说来容易，实际建构起来复杂。任一环节出现错误或偏差，都会造成测试误差，尤其是量测灵敏度的算法。以台湾目前在全世界光纤通讯产业的地位，光收发器及相关产品的研发制造，有机会扮演的举足轻重的角色。建构一个完整且精准的生产及测试环境，对于现在的光收发器产业而言，其重要性不可轻忽。本文的目的主要在于抛砖引玉，使这个在台湾有若雨后春笋的产业对于产品测试有完整而清楚的观念，也?台湾的产业升级尽一份心力。（作者任职于台湾安捷伦科技）

《图一 光收发器量测自动化系统基本架构》

《图二 光收发器测试自动化系统》

《图三 利用非线性收敛法量测灵敏度之收敛图》

《图四 多待测物序列测试（Multiple DUT Serial Test）架构》