光收發器在光纖通訊系統中扮演著非常重要的角色。所有網路傳輸中必須轉換成光信號的資料或是需要將接收的光訊號轉回電子型態，都利用光收發器來完成。自然地，光收發器的品質良窳就成了整個光纖通訊系統的重要關鍵。以目前的製造技術而言，不論是低速（155Mbps）或是高速（2.5Gbps以上）的光收發器，都還是必須由人工調整其發射端的雷射輸出參數。因為如此，所有的光收發器就都必須要經過最終測試，確定該產品已符合標示規格才得以出貨。以OC-48（2.5Gbps）的光收發器而言，要通過95％的信心指數，並且達到10E-12的靈敏度測試，必須消耗二十分鐘以上的時間，若是速度降低到目前最大量的155Mbps，則時間延長為5.3小時。在這種情況之下，生產光收發器的成本將高不可攀，進而阻礙網路的發展。有鑑於此，光收發器生產線的量測系統妥善規劃，並導入自動化測試設備對於光收發器產業將是一項不可或缺的重要任務。

測試及演算法

一個完整的光收發器（Optical Transceiver）實際上包括兩個元件：光發送器及光接收器。這兩種不同的元件，其實是由不同的零件構成。光發送器主要是由雷射二極體及調變器等電子元件組合而成；而光接收器則是由光接收半導體與組抗轉換放大器構成。既然是不同的元件，產品測試的架構及所要測試的項目當然也不一樣。其中光發送器需要的測試項目包括：上升時間（Rising Time；Tr）、下降時間（Falling Time；Tf）、顫抖峰值（Jitter；peak to peak）、顫抖均方根值（JitterRMS）、平均功率（Average Power；Pavg）、消滅率（Extinction Ratio；Er）、波罩測試（Mask Test）等七項；光接收器的測試有開啟功率（Recovery Power）關閉功率（Shut Down Power）及靈敏度（Sensitivity）。

基本的光收發器量測自動化系統架構可以直接將上述兩種獨立的測試系統合併而來，如(圖一)。在這個基本架構我們可以看到因為光接收器測試路徑中待測物的輸入端為光信號，需要由誤碼率測試儀發送信號至一標準電光轉換器轉換成光，並且利用光衰減器模擬光信號經過長距離光纖的衰減，再將信號送回誤碼率測試儀量測誤碼率決定靈敏度等參數。誤碼率測試儀包含碼型產生器及錯誤偵測器，實際應用在自動化量測系統中，我們也可以利用誤碼率測試儀的碼型產生器來扮演光發送器的輸入，這時光發送器的測試只要再加上數位通訊分析儀（DCA）就可以取得測試參數。在(圖二)的照片中，我們可以看到一台誤碼率測試儀數位通訊分析儀（DCA）光衰減器以及儀器上方的待測物。這個照片是實際可以在產線運作的系統。

演算法

光收發器量測中最大的挑戰是靈敏度測試。正常的靈敏度測試曠日費時，並不適合應用在生產線上。因此需要設計出測試演算法來縮短測試時間並且精準量測所需的靈敏度。以下就針對靈敏度測試演算法來逐一探討。

逐步增加衰減量

第一種方式是逐步增加衰減量，減少進入光接收器的光能量，直接將誤碼開始產生的光功率減去一固定的值來標定該光接收器的靈敏度。例如：光功率降為-35dBm時開始再誤碼儀上觀測有誤碼產生，直接將-35dBm扣減-1dB成-34dBm，則該光接收器的靈敏度為-34dBm。這種測試優點是快速且不需要複雜的演算，但是直接將誤碼開始發生的光功率扣減固定功率餘裕難免會對量測的精準度產生影響。畢竟並非每一顆待測物的特性都相同，且誤碼開始產生點的誤碼率數值不同將會決定該扣減的功率，因此若以單一的功率量來決定其靈敏度，將無法正確取得精確的量測值。

外差計算法

第二種方式是利用外差的計算出其靈敏度。這種方式是利用較高的數個不同誤碼率出現光功率點來外差出所需要的靈敏度。比如說先以較大的衰減量找出誤碼率為10E-3及10E-5的光功率，再利用線性二次外差或是三次以上的非線性外差配合線性回歸的方式，計算出誤碼率為10E-12時的光功率。這種外差法計算出的靈敏度其實可以算是用預測的，其優點一樣是不需要很複雜的演算法，只要幾個光功率數值及騎對應的誤碼率就可以運算。其缺點仍然是較不精準。各種不同製程的光接收二極體元件也都各自有不同的特性曲線，若用單一演算法(或說單一曲線)來套用於所有待測物上，其量測值誤差也會有所不同。

適用性控制理論

第三種測試系統採用非線性控制（Non-Linear Control Theory）中的適應性控制理論（Adaptive Control）來量測靈敏度，稱為非線性收斂法（Non Linear Approaching）。這種演算法即時根據不同的光功率及誤碼狀況來調整光衰減量，最後收斂至光接收器的靈敏度。其光功率變化與時間的關係，可以想像成一個過組尼系統的步階響應，如(圖三)依照不同的光接收器，該演算法將會按照不同的光衰減步階來增減光衰減量，因此，若是套用於不同待測物上，其曲線並不會完全如(圖三)，而或多或少會有些不同。然而因為應用適應控制理論，其最後還是將會收斂至待測物實際的靈敏度。這種演算法最大的優點在於可運用在各種不同製程、特性的光接收器上，避免因為利用固定參數進行量測或計算造成的誤差。

至於自動化量測系統最重要的量測時間，由於利用該控制理論，即使演算法複雜且須大量資料運算，每顆待測物平均在一分鐘可以完成靈敏度的測試。相對於上述兩種簡單的演算法或量測系統而言，測試時間只在伯仲之間，並不會因為大量資料運算而犧牲速度。然而其不可避免的缺點則是開發該量測自動化系統將是一件非常艱鉅的工程。不過，這個費力的工作，只需交給量測供應商就可以了。目前，已有儀器供應商開發出該系統，並針對不同需求提供客制化（Customize）的服務。

進階架構

介紹了基本測試架構及三種不同的演算法之後，我們來談談測試架構的變形。(圖一)是單顆光收發器測試（Single DUT Serial Test）的基本架構，稱為單待測物序列測試。這種方式每測完一顆待測物就必須要上下待測物一次，無形中增加了測試的平均時間。是不是能夠每次都多測幾顆待測物，再一次更換數顆待測物這樣將會縮短非測試的時間？答案是可以！如果我們在整個系統中加入交換器（Switch）就可以達到我們想要的架構。(圖四)是加了兩個交換器之後的測試架構，該系統可以同時裝載四個待測物。這種系統稱為多待測物序列測試（Multiple DUT Serial Test）。

以上談到的都是單顆測試，不過不論是單待測物序列測試或是多待測物序列測試，都是一次只測試一顆光收發器。為了要提升測試效率，還有一種測試平台可以同時測試多個待測物。對於光收發器測試而言，最大的限制是在誤碼率測試儀（Bert Error Ratio Tester），如果利用可以同時測試多組誤碼率的測試儀器，我們就可以同時測試多組待測物。這種測試架構適合用在極大量的產線上，市場上甚至有一台平行誤碼率測試儀（Paralles Bert Error Ratio Tester；ParBERT）可以同時測試六十四個光接收器的誤碼率。有了這樣子的儀器，就可以建構多待測物平行測試（Multiple DUT Parallel Test）的生產線量測系統。

量測設備需求

測試光收發器如上文所提，可分為兩部分：光接收器及光發送器，而所需的儀器也不同。光發送器測試儀器較為簡單，只要一台碼型產生器（Pattern Generator）及一台 DCA（Digital Communication Analyzer）或是一台數位取樣示波器即可。所必須要注意的地方是在於該數位通訊測試儀的量測在於光功率及時間的關係。因此儀器的良劣在於其光輸入的部分，是否能真正的測試待測物的特性，儀器本身的熱雜訊及頻寬，是否會將訊號扭曲變形。另外，測試儀器輸入端的光轉電轉換率（Conversion Gain）是否精確校驗，也是極為重要的一環。通常外接的光電轉換器（O/E converter）的分析儀（或示波器）提供的光電轉換精確度比內建的機種差很多。

光接收器的測試顯然較為複雜。所需的儀器有光衰減器（Optical Attenuator）、誤碼率測試儀（BERT）、標準電光轉換器（Golden E/O converter）。光衰減器部份，除了衰減的精確度以外，如果有內建功率監視器（Power Monitor），則我們可以將靈敏度測試的精確度再提高，減低圖一中光耦合器（Optical Coupler）的誤差。誤碼率測試儀的選擇方面是一門學問，因為在整個量測系統中此儀器戰成本的一半。儀器系統的穩定性，功能是否齊備，可否擴充成為多頻道的解決方案，是選擇的重點。產業進化速度越來越快，今天的主流產品到了明年可能已經遭到淘汰，因此有必要選擇一個擴充性較高的架構，以保障現有投資。

其他相關產品

光收發器有一種雙胞胎兄弟，光詢答機（Optical Transponder）。這種光通訊元件將多工器/解多工器放進光收發器的模組中，使我們得以善用光纖通訊的高頻寬，高資料率來傳送多組低速的網路資料。比如說一個2.5Gbps的光纖通路可以同時傳送十六組155Mbps的低速網路資料，利用光詢答機將十六組低速的網路資料多工成為一條高速的光纖資料通道。在接收端則是採用解多工器，將所接收到高速的光信號解回各個低速的頻道。

基本上，光詢答機的測試與光收發器的測試大同小異，唯一不同的是測試用的誤碼率測試儀必須具備測試多工器/解多工器的能力，否則，建立測試平台時，就必須用土法煉鋼的方式測試光詢答機內部的多工器/解多工器。如此一來，不但測試工程浩大、流程複雜、效率低落、增加成本，甚至一不小心還會操作錯誤、降低良率。幸好，上述的平行誤碼率測試儀（Paralles Bert Error Ratio Tester；ParBERT）具備該測試多工器/解多工器的能力，讓光主動元件的測試更加有彈性更加完備。

結論

光收發器測試自動化系統說來容易，實際建構起來複雜。任一環節出現錯誤或偏差，都會造成測試誤差，尤其是量測靈敏度的演算法。以台灣目前在全世界光纖通訊產業的地位，光收發器及相關產品的研發製造，有機會扮演的舉足輕重的角色。建構一個完整且精準的生產及測試環境，對於現在的光收發器產業而言，其重要性不可輕忽。本文的目的主要在於拋磚引玉，使這個在台灣有若雨後春筍的產業對於產品測試有完整而清楚的觀念，也?台灣的產業升級盡一份心力。（作者任職於台灣安捷倫科技）

《圖一　光收發器量測自動化系統基本架構》

《圖二　光收發器測試自動化系統》

《圖三　利用非線性收斂法量測靈敏度之收斂圖》

《圖四　多待測物序列測試（Multiple DUT Serial Test）架構》