CN101436902B - 一种光网络单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光网络单元，包括主控电路、激光器和激光驱动器；所述激光驱动器在接收到有效的发射使能信号后驱动激光器发光，并通过其内置的采样保持电路对激光器产生的背光电流进行采样保持，进而在发射使能信号无效时输出至外部的储能电容；所述储能电容对激光驱动器输出的采样电压进行存储保持，进而在两次突发传送期间将存储的电压信号传输至主控电路，以生成每次突发数据的平均发送光功率。此外，通过在光网络单元中设置与光电接收器相连的电流检测芯片，将光电接收器产生的响应电流直接作为电流检测芯片的参考电流输出，进而通过电流检测芯片生成相应的检测信号输出至主控电路，以实现接收端对灵敏度附近小信号光功率的精确测量。

Description

一种光网络单元

技术领域

本发明属于光通讯技术领域，具体地说，是涉及一种支持数字诊断功能的光网络单元。

背景技术

FTTx技术主要用于接入网络光纤化，范围从区域电信机房的局端设备到用户的终端设备。局端设备为光线路终端(OpticalLineTerminal；OLT)、用户端设备为光网络单元(Optical Network Unit；ONU)或光网络终端(OpticalNetwork Terminal；ONT)。根据光纤到用户的距离来分类，可分成光纤到交换箱(Fiber To The Cabinet；FTTCab)、光纤到路边(Fiber To The Curb；FTTC)、光纤到大楼(Fiber To The Building；FTTB)及光纤到户(Fiber To The Home；FTTH)等多种服务形态。一直以来，FTTx技术被誉为是宽带接入技术的终极目标，它将突破现有接入技术的带宽瓶颈，能以更加稳定可靠的性能以及更加简便的网络管理/维护实现视频、话音、数据接入三合一的“trip-play”网络，作为FTTx最先进的实现技术——无源光网络PON技术，已经无可非议地成为了光网络接入领域的领军者。

从FTTx技术在我国以及整个亚太地区的发展来看，以太无源光网络EPON已成为实现FTTx技术的主流选择。日本、韩国目前基本都采用了EPON系统作为主要的网络改造技术，并已经开始大规模地铺设和实际商用。我国以中国电信为代表的系统运营商也一直在跟进FTTx技术，从2005年逐步开始互联互通测试，目前已经在全国多个省市开始规模铺设。2008年年初电信运营商明确提出了“光进铜退”发展策略，在包交换网络成为主流的今天，继承了以太网技术的EPON将发挥巨大的作用，将有力推动我国信息化建设进程。随着EPON解决方案在全球范围内的大规模部署，服务供应商也越来越注重能够让他们管理和维持其网络效率，降低运营性支出(Operating Expenditure，OPEX)，提高可靠性，与加强故障排除能力的性能。因此，支持EPON系统光链路监控功能的ONU光网络单元模块将对于EPON系统的推广具有重要战略意义和巨大市场前景。

对于现有的以太无源光网络单元来说，目前还存在以下两个技术难点没有得到很好地解决：

1、对于上行突发模式下每个突发信号包的平均光功率还无法实现准确地监控与计算；

2、对于下行光信号来说，接收端对灵敏度附近的微弱小信号的光功率很难实现精确测量。

因此，如何解决上述两个技术难题是本发明所要解决的主要问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有数字诊断功能的光网络单元，以实现上行突发模式下发射信号的光功率监测。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种光网络单元，包括主控电路、激光器和激光驱动器；所述激光驱动器在接收到有效的发射使能信号后驱动激光器发光，并通过其内置的采样保持电路对激光器产生的背光电流进行采样保持，进而在发射使能信号无效时输出至外部的储能电容；所述储能电容对激光驱动器输出的采样电压进行存储保持，进而在两次突发传送期间将存储的电压信号传输至主控电路，以生成每次突发数据的平均发送光功率。通过增加储能电容，延长了采样电压的保持时间，从而为后续主控电路提供了足够的采样和计算时间，进而可以对上行突发模式下每个突发信号包的平均光功率进行准确地监控与计算。

进一步的，在所述光网络单元中还包含有一开关电路，其开关通路连接在所述的激光驱动器和储能电容之间，其控制端接收所述的发射使能信号，并在发射使能信号无效时控制其开关通路导通，将所述激光驱动器输出的采样电压传输至储能电容，为所述储能电容充电。

又进一步的，所述激光驱动器通过其采样电压输入端连接激光器的背光电流输出端，对所述激光器产生的背光电流进行采样保持。为了隔离其间产生的节点电容，在所述激光驱动器的采样电压输入端与激光器的背光电流输出端之间连接有一电阻。

再进一步的，所述激光器的背光电流输出端通过一滤波电路分别与所述激光驱动器的采样电压输入端和主控电路相连接。

其中，所述滤波电路的滤波转换角频率应小于光信号的最小突发长度。

优选的，所述滤波电路由电阻和电容并联组成。

更进一步的，所述激光驱动器接收客户发出的接收或者发送指令信号，进而生成相应电平状态的发射使能信号，分别输出至所述的主控电路和开关电路。

为了使本发明的光网络单元能够进一步达到对接收到的灵敏度附近的小功率光信号进行监控的目的，在所述光网络单元中还包含有一光电接收器和电流检测芯片；所述光电接收器根据接收到的光信号产生响应电流，并将所述响应电流直接作为电流检测芯片的参考电流输出至所述的电流检测芯片，进而通过电流检测芯片生成相应的检测信号，经其输出端传输至主控电路，以生成平均接收光功率。

进一步的，在所述电流检测芯片的输出端连接有滤波电路，对电流检测芯片输出的检测信号进行滤波整形后输出至所述的主控电路。

优选的，所述滤波电路采用电阻和电容并联组成。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的光网络单元一方面通过增设高速储能电路，对突发模式下的光信号进行采样保持，进而在突发使能无效时将储能电路电压传送至主控电路，以实现突发模式下发送光功率的精确测量；另一方面，通过在接收端增设电流检测芯片，并对其输出的检测信号进行滤波整形后再传送至主控电路，进而利用主控电路对检测信号进行监控和校准，从而可以实现对灵敏度附近的微弱小信号的光功率进行精确测量。通过对这些监控量进行实时检测，可以帮助网络管理员找出光纤链路中发生故障的位置，进而简化维护工作，提高系统的可靠性。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是发明所提出的光网络单元中发射端的一种实施例的电路原理图；

图2是发明所提出的光网络单元中接收端的一种实施例的电路原理图；

图3是发明所提出的光网络单元中主控电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

本发明的光网络单元对于突发模式下发射部分光功率监测，选用带普通连续模式下监控功能的激光驱动芯片，根据EPON系统最短工作包选用高速开关并搭建高速储能电路(或者直接选用高速储能电路)，来对于突发模式下的光信号进行采样保持，在激光器关闭发送时，将储能电路保存的电压(与激光器产生的背光电流大小相对应)传送至主控电路，以实现突发模式下平均发送光功率的精确测量；对于接收光功率，选择带有光信号幅度支持的接收光器件，即采用光电接收器与电流检测芯片结合的形式，对电流检测芯片输出的检测信号进行滤波整形后再传送至所述的主控电路，以完成对接收光信号的监控与校准，从而实现了对于小信号平均光功率的准确计算。由此，以简单的电路结构彻底解决了现有以太无源光网络单元所存在的两大技术难题，促进了光网络技术的发展。

下面以一个具体的实施例来详细阐述所述光网络单元的具体组成结构及工作原理。

实施例一，对于通常的以太无源光网络单元来说，在连续模式应用中，常常需要对激光器的背光电流进行低通滤波，得到与平均发送光功率相对应的平均电流值。然而，在突发模式下，激光器仅仅在相对较短的时间周期内导通，而且每次突发时间的长短也不一样。因此，经过低通滤波输出的背光电流就不能很好的反映光功率。

为了解决这一问题，本实施例提出了一种适用于突发模式的发送光功率监控电路，由图1和图3组建而成，包括激光器TA1、激光驱动器U1、主控电路、高速开关电路和高速储能电路等主要组成部分。在本实施例中，所述主控电路可以采用目前光网络单元常用的主控芯片U2实现，如图3所示；高速开关电路可以具体采用一颗开关芯片U3实现，而高速储能电路则可以选用一颗电解电容C18来实现对电荷的存储，如图1所示。

图1中，激光驱动器U1通过其BEN+、BEN-两个差分信号输入端接收客户发出的发送或者接收控制指令，进而转换成高电平或者低电平的脉冲信号，通过其BENOUT端子输出，作为发射使能信号BEN分别传输至开关芯片U3的控制端I N和主控芯片U2的突发使能信号输入脚，即1脚，以触发采样电路。当用户需要发送数据时，将发射使能信号BEN切换至有效状态，比如高电平状态，进而通过激光驱动器U1的偏置电流输出端Bias+产生偏置电流，经电阻R6作用于激光器TA1中的发光二极管。与此同时，客户发出的数据信号通过差分信号输入端IN+、IN-输入到激光驱动器U1，进而通过输出端OUT+经电阻R3调制到偏置电流上，通过控制激光器TA1中发光二极管的导通程度来改变其发光强弱，以将客户发出的数据信号转变成光信号通过光纤传输出去。主控芯片U2通过其13脚连接激光驱动器U1的偏置电流设置端BIASSET，对激光驱动器U1产生的偏置电流进行设置，以对发送光功率进行调节。此外，主控芯片U2通过其9脚连接激光驱动器U1的BCMON端，用于监控激光驱动器U1的偏置电流；主控芯片U2的14脚连接激光驱动器U1的VMSET端，以设置激光驱动器U1的调制电流，进而调节模块的消光比。

在激光器TA1中，光敏二极管根据发光二极管发出的光线强弱产生相应大小的背光电流，通过滤波电路对背光电流进行滤波整形后，输出至主控芯片U2的15脚。在本实施例中，所述滤波电路可以具体采用由电阻R24和电容C17并联组成的RC滤波网络实现。主控芯片U2通过其15脚检测每次突发过程的光功率，并根据需要通过其13脚输出控制信号，调节激光驱动器U1的偏置电流，以提供恒定的光输出功率。然而，这种模式还无法实现对突发模式应用的平均发送功率进行检测。

在突发应用中，仍然需要对背光电流进行适当的滤波。滤波转换的角频率需要估计最小的突发长度，使得激光器TA1内部光敏二极管在突发周期结束之前能够达到稳定值。即通过选择电阻R24和电容C17的参数，使时间常数RC小于突发信号包的最小长度，通常不低于30nS。若要得到数据突发期间的平均光功率的精确值，那么在突发期间，应该在背光电流到达其终值后(即激光器TA1关闭前背光电流的值)，对背光电流进行采样。

在本实施例中，所述激光驱动器U1只有存在光输出时，即发射使能信号BEN有效时，才驱动激光器TA1发光，产生背光电流；当发射使能信号BEN无效时，背光电流为零，说明激光器TA1关闭。若要实现突发模式应用所需的平均光功率检测，这需要激光驱动器U1具有采样保持特性。在本实施例的激光驱动器U1中包含有采样保持电路，由发射使能信号BEN输入触发。激光驱动器U1的采样电压输入端MDIN通过电阻R14连接激光器TA1的背光电流输出端，用于采样背光电流经过电阻R24产生的电压信号，该电压以地为参考。由于主控芯片U2能够直接检测节点电压，而且激光驱动器U1和主控芯片U2的检测二极管输入(即背光电流的采样输入)均为高阻抗，因此，在激光驱动器U1的采样电压输入端MDIN与激光器TA1的光敏二极管之间连接电阻R14可以起到隔离节点间电容的作用。在突发使能有效期间，即发射使能信号BEN有效期间，通过激光驱动器U1的采样电压输入端MDIN采集到的电压存储于激光驱动器U1内部的采样保持电路的电容中；在突发使能无效期间，即发射使能信号BEN无效期间，将该电压通过激光驱动器U1的采样电压输出端MDOUT输出。所述激光驱动器U1的采样电压输出端MDOUT通过电阻R53连接开关芯片U3的1脚，所述开关芯片U3的2脚一方面通过储能电容C18接地，另一方面连接主控芯片U2的10脚。所述开关芯片U3的1脚、2脚构成其开关通路的两个端子，在其控制端IN接收到无效的突发使能信号时(即BEN无效时)受控导通，进而将激光驱动器U1通过其采样电压输出端MDOUT输出的采样电压传输至储能电容C18进行电压保持，以提供给主控芯片U2实现对突发模式下平均发送光功率的监控及准确计算。

由于在两次突发传送期间，激光驱动器U1的MDOUT端的电压将返回至基准电压，一般为1.2V。因此，若直接将MDOUT端输出的采样电压传输至主控芯片U2，还无法实现对平均发送光功率的精确检测。因此，本实施例将MDOUT端输出的电压通过高速开关芯片U3传输至高速储能电容C18进行贮能保持，使该电压与激光器TA1内部光敏二极管产生的背光电流成正比，进而断开基准电压，然后用主控芯片U2将该模拟电压转换为内部校准的数字量，该数字量即为每次突发数据发送光功率的平均值，由此实现了突发模式下平均发送光功率的准确监控与计算。

除此之外，为了使光网络单元的接收端能够对灵敏度附近的小功率光信号进行准确监控，在本实施例的光网络单元中还设置了相互连接的光电接收器RA1和电流检测芯片U4，如图2所示。利用图2和图3所示的电路结构可以实现光网络单元在连续模式下对接收光功率的精确监控。

图2中，光电接收器RA1通过其内部的光敏二极管接收通过光纤输入的光信号，进而产生与之对应的响应电流。将所述响应电流直接作为电流检测芯片U4的参考电流REF输出至所述的电流检测芯片U4，进而通过电流检测芯片U4生成正比于参考电流的检测信号RCMON，比如按照10∶1的比例关系生成检测信号RCMON等，进而通过电流检测芯片U4的输出端OUT输出，经滤波电路进行滤波整形后传输至主控芯片U2的11脚，经过主控芯片U2转换成内部校准的数字量，通过监控校准以便实现对灵敏度附近的微弱小信号的光功率进行准确检测，从而得到连续模式下精确的平均接收光功率。

在本实施例中，所述滤波电路同样可以采用由电阻R32和电容C27并联组成的RC滤波网络实现。图2中电容C11和图3中电阻R54、电容C38同样可以起到对检测信号RCMON进行滤波整形的作用。

另外，为了使本实施例的光网络单元具有更多的监控功能，本实施例优选采用具有温度检测、供电电压检测和偏置电流检测功能的集成芯片作为所述的主控芯片U2来组建光收发一体模块，从而实现了对模块的温度、供电电压、激光器偏置电流以及突发模式下发射光功率和连续模式下接收光功率的实时监控。与以往不带监控功能的光收发一体模块相比，这些监控量的检测可以帮助网络管理员找出光纤链路中发生故障的位置，进而达到简化维护工作、提高系统可靠性的设计目的。

应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光网络单元，包括主控电路、激光器和激光驱动器；其特征在于：所述激光驱动器在接收到有效的发射使能信号后驱动激光器发光，并通过其内置的采样保持电路对激光器产生的背光电流进行采样保持；在所述光网络单元中还包含有一开关电路和储能电容，所述开关电路的开关通路连接在所述的激光驱动器和储能电容之间，其控制端接收所述的发射使能信号，并在发射使能信号无效时控制其开关通路导通，将所述激光驱动器输出的采样电压传输至储能电容进行存储保持，进而在两次突发传送期间将存储的电压信号传输至主控电路，以生成每次突发数据的平均发送光功率。

2.根据权利要求1所述的光网络单元，其特征在于：所述激光驱动器的采样电压输入端通过电阻连接所述激光器的背光电流输出端，对所述激光器产生的背光电流进行采样保持。

3.根据权利要求2所述的光网络单元，其特征在于：所述激光器的背光电流输出端通过一滤波电路分别与所述激光驱动器的采样电压输入端和主控电路相连接。

4.根据权利要求3所述的光网络单元，其特征在于：所述滤波电路的滤波转换角频率小于光信号的最小突发长度。

5.根据权利要求4所述的光网络单元，其特征在于：所述滤波电路由电阻和电容并联组成。

6.根据权利要求2所述的光网络单元，其特征在于：所述激光驱动器接收客户发出的接收或者发送指令信号，进而生成相应电平状态的发射使能信号，分别输出至所述的主控电路和开关电路。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光网络单元，其特征在于：在所述光网络单元中还包含有一光电接收器和电流检测芯片，所述光电接收器根据接收到的光信号产生响应电流，并将所述响应电流直接作为电流检测芯片的参考电流输出至所述的电流检测芯片，进而通过电流检测芯片生成相应的检测信号，经其输出端传输至主控电路，以生成平均接收光功率。

8.根据权利要求7所述的光网络单元，其特征在于：在所述电流检测芯片的输出端连接有滤波电路，对电流检测芯片输出的检测信号进行滤波整形后输出至所述的主控电路。

9.根据权利要求8所述的光网络单元，其特征在于：所述滤波电路由电阻和电容并联组成。

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