CN101447830A - 具有数字监控上报功能的epon局端光电模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有数字监控上报功能的EPON(以太网无源光网络)局端光电模块,涉及一种通信设备中的数字光电信号转换模块。本发明包括单纤双向光组件(100)、激光器驱动电路(200)、突发式信号接收电路(300)和控制电路(400);单纤双向光组件(100)分别连接至激光器驱动电路(200)、突发式信号接收电路(300)和控制电路(400),控制电路(400)还分别连接至激光器驱动电路(200)和突发式信号接收电路(300)。本发明能够实时上报其工作状态,包括工作电压、工作环境温度、发射光功率、激光器偏置电流以及接收到的突发光信号功率;适用于所有带数字监控上报功能的EPON局端系统。

Description

具有数字监控上报功能的EP0N局端光电模块
技术领域
本发明涉及一种通信设备中的数字光电信号转换模块,尤其涉及一种具有数 字监控上报功能的EPON (以太网无源光网络)局端光电模块。
背景技术
EPON技术已经成熟,并且己经作为FTTH (光纤到户)的主流方案在国内开 始大规模商用。EP0N局端光电模块光电指标都参考IEEE802.3ah协议,但是关 于此光电模块数字监控上报功能仍没有确定的标准。EPON局端光电模块的数字 监控上报功能对系统OAM (运营管理维护)非常重要,国内主要运营商明确提出 EPON系统必须具有这项功能。局端光电模块是EPON系统的重要组成部分,其性 能的好坏直接影响EP0N系统。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种具有数字监控上报功能的EP0N局端光电模块, 实现对工作电压、工作环境温度、发射光功率、激光器偏置电流以及接收到的突 发光信号功率的监控上报,满足运营商对EP0N系统的实际需要。
本发明的目的是这样实现的-
本光电模块包括单纤双向光组件、激光器驱动电路、突发式信号接收电路和 控制电路;
单纤双向光组件通过PCB导线分别连接至激光器驱动电路、突发式信号接收 电路和控制电路,控制电路还通过PCB导线连接至激光器驱动电路和突发式信号 接收电路。
单纤双向光组件将激光器驱动电路输出的电流信号调制成光信号发射到外 部光连接器,同时将接收到的光信号转变成光电流,经过突发式TIA放大成电压信号后输入到突发式信号接收电路;波分复用器将使用不同工作波长的发射和接 收光信号区分开来进行处理;激光器驱动电路为单纤双向光组件中的激光器提供 偏置电流和调制电流;突发式信号接收电路将单纤双向光组件中APD+TIA探测器 转换输出的电信号转换成相应的数字信号。 本发明具有下列优点和积极效果:
① 实现了 IEEE802. 3ah标准对EP0N局端光电模块的技术要求;
② 符合SFF-8472协议的数字监控上报要求;
③ 能够对突发式光信号进行功率测量和监控上报。
总之,本发明光电指标符合EPON局端光电模块行业标准,并且能够实时上 报其工作状态,包括工作电压、工作环境温度、发射光功率、激光器偏置电流以 及接收到的突发光信号功率;适用于所有带数字监控上报功能的EP0N局端系统。
附图说明
图1是本光电模块的结构方框图;
图2是控制电路的结构方框图;
图3是采样保持电路的结构方框图;
图4是采样保持电路的输入输出信号波形图。
其中-
100—单纤双向光组件; 200—激光器驱动电路; 300—突发式信号接收电路;
400—控制电路,
410—高压电源电路, 420—微处理器电路, 430—采样保持电路,
431— 信号调理器,
432— 模拟开关,
433— 跟随器。英译汉:
EPON—以太网无源光网络;
FTTH—光纤到户;
OAM—运营管理维护;
DFB—分布反馈;
APD—雪崩光电二极管;
TIA—跨阻抗放大器;
ADC—模数转换器; DAC—数模转换器;
SFP—小型化可热插拔; DDMI—数字诊断监控接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本光电模块进一步说明:
一、 总体结构
如图1,本光电模块包括单纤双向光组件100、激光器驱动电路200、突发 式信号接收电路300和控制电路400;
单纤双向光组件100分别连接至激光器驱动电路200、突发式信号接收电路 300和控制电路400,控制电路400还分别连接至激光器驱动电路200和突发式 信号接收电路300。
本光电模块的工作原理:
将输入的下行数字电压信号转换成功率和消光比稳定的光信号发射出去,并 将上行数字突发光信号转换成电压信号输出,在控制电路400和突发式信号接收 电路300的配合下,本光电模块能够对突发式光信号进行功率测量和监控上报, 且提供了一个完全符合SFF-8472协议的数字监控上报接口。
二、 各功能块的结构
1、单纤双向光组件100
单纤双向光组件100由DFB激光器、APD+TIA探测器和波分复用器组成; DFB激光器的光输出连接至波分复用器,实现电光转换;APD+TIA探测器的光输入端与波分复用器相连,实现光电转换。
波分复用器通过胶粘在金属件上,DFB激光器和APD+TIA探测器分别焊接连 接到金属件上,构成单纤双向光组件。
DFB (分布反馈)激光器的功能是将激光器驱动电路200输出的电流信号调 制成光信号,再经过波分复用器发射到外部光连接器;
APD (雪崩光电二极管)的功能是将接收到的光信号转变成光电流,经过突 发式TIA (跨阻抗放大器)探测器放大成电压信号,然后输入到突发式信号接收 电路300;
波分复用器的功能是将不同工作波长的发射和接收光信号区分开来进行处 理,实现单纤双向工作。
DFB激光器、APD+TIA探测器和波分复用器均为常用元器件。
2、 激光器驱动电路200
激光器驱动电路200由芯片MAX3738及常用外围电路组成。 激光器驱动电路200的功能是将输入光电模块的数字电平信号转换成调制 电流信号,并可以设定调制电流的温度补偿系数,以保持不同温度下消光比稳定; 通过监控激光器的背光电流构成自动光功率控制环路,为单纤双向光组件100中 的激光器提供偏置电流。
3、 突发式信号接收电路300
突发式信号接收电路300由芯片PAS5361及常用外围电路组成。 单纤双向光组件100中,APD+TIA探测器转换输出的电信号幅度会随输入光
信号的强度变化,突发式信号接收电路300的功能是将此输入信号转换成幅度符
合某种电平要求的数字信号。
4、 控制电路
如图2,控制电路400由微处理器电路420及其分别连接的高压电源电路410 和采样保持电路430组成; 具体地,
高压电源电路410与微处理器电路420相连,高压电源电路410的高压输出 端与单纤双向光组件100相连。
采样保持电路430与突发式信号接收电路300的突发功率强度指示信号端相连,还分别与微处理器电路420、 SFP (小型化可热插拔)控制接口的触发输入 端相连;
微处理器电路420与激光器驱动电路200的光功率、偏置电流监控信号端、 小型化可热插拔控制接口相连。
(1) 高压电源电路410 高压电源电路由LT1930及常用外围电路组成;
其功能是将输入3. 3V电压升压至最高60V,并可在微处理器电路420控制 下改变电压,步进幅度为51mV/步。
(2) 微处理器电路420
由微处理器芯片(选用C8051F330)、存储器芯片(选用24LC024)、数字电 位器芯片(选用DS3904)及常用外围电路组成;微处理器芯片的串行数据线通 过PCB导线与存储器芯片和数字电位器芯片连接;
微处理器芯片的功能是对其它电路进行控制,包括:
*通过SFP 12C接口实现数字监控上报;
*通过数据线访问存储器芯片;
*通过数据线控制数字电位器芯片,设定激光器驱动电路100的输出光功率 和消光比,设定突发式信号接收电路200的信号检测门限;
*通过ADC (模数转换器)和内部温度探测器实现对工作温度的监控上报; *通过ADC实现对工作电压、激光器偏置电流、激光器输出光功率的监控上
报;
*通过ADC和中断控制器实现对采样保持后的突发光功率强度信号进行监 控上报;
*根据工作温度检测值,通过DAC (数模转换器)设置高压电源电路410的 输出电压,进而控制单纤双向光组件100中APD的温度响应。
(3) 采样保持电路430
如图3,采样保持电路430主要包括信号调理器431、模拟开关432、跟随 器433及第1电阻R1、第2电阻R2和电容C;
信号调理器431、第1电阻R1、模拟开关432和跟随器433依次连接; 在模拟开关432的输出端连接有并联接地的第2电阻R2和电容C。突发式信号接收电路300输出的突发功率强度指示信号经采样保持电路430 输出后至微处理器电路420的ADC输入端。
突发光功率强度指示信号是突发式接收电路300输出的模拟信号,实时反映 了突发光信号的功率强度变化。触发输入信号是光电模块外部提供的LVTTL电平 输入控制脉冲信号,触发输入信号的脉冲出现在某个突发光信号包的功率稳定期 内,用于指示需要监控的突发光信号。在触发输入信号脉冲周期内,对突发光功 率强度指示信号进行模数转换,即可实现对突发接收光功率的监控上报。但是, 由于光信号包周期很短,触发输入信号的脉冲周期也很短,最小仅有400ns,对 于大多数模数转换器,这个时间太短了,因此在触发输入信号脉冲周期内无法完 成一次模数转换,本发明提出了使用一种采样保持电路430进行模数转换的方 法。
运放芯片MAX4232构成信号调理器431和跟随器433电路;
信号调理器431将输入的突发光功率强度指示信号调理到适于模数转换的 幅度,并提供容性负载的驱动能力;
跟随器433具有高输入阻抗和输出驱动能力,防止微处理器电路420的ADC 电路影响电容C上的信号保持。
模拟开关芯片MAX4707构成模拟开关432,输入高电平时开关闭合,低电平 时开关断开。第1电阻Rl的值远小于第2电阻R2,第2电阻R2取很大的值。 第电阻R1和电容C组成充电电路,以便对输入电压进行采样,电压值保存在电 容C上。当模拟开关432断开时,第2电阻R2提供电容C上电荷的缓慢泄放通 路,以便在下一次采样开始前清空电容C上的残余电压。
采样保持电路430的输入输出信号波形
如图4,在触发输入信号的脉冲周期内,模拟开关432闭合,经调理后的信 号通过第l电阻R1对电容C充电,构成采样周期;触发输入信号的下降边沿到 来后模拟开关432断开,电容C上的电荷通过第2电阻R2进行缓慢放电,构成 保持周期。触发输入信号的下降边沿还用于向微处理器电路420提供中断信号, 以启动一次模数转换(ADC)。微处理器电路420的ADC周期远小于保持周期,因 此可以保证在ADC周期内,ADC输入信号的幅度变化在允许的误差范围内。通过选择第1电阻R1、第2电阻R2和和电容C的值,可以改变采样时间、保持时间, 从而满足了本发明中微处理器电路420内置模数转换器的转换时间要求。微处理 器电路420通过对突发光功率转换结果进行处理并保存,实现光电模块对接收到 的突发光信号功率进行监控上报的功能。
三、验证
经对本发明的实施例验证测试,各项光电参数符合IEEE802. 3ah标准要求,
如下表:
表l:本光电模块的光电参数验证结果表
<table>table see original document page 10</column></row> <table>
表2:接收突发光信号功率测量精度的验证结果表<table>table see original document page 11</column></row> <table>
对接收突发光信号的功率监控上报范围达到-6〜-30dBm; 当接收突发光信号的功率范围在小于-6dBm且大于等于-20dBm时,精度优于 +/-3dB;
当接收突发光信号的功率范围在小于-20dBm且大于等于-30dBm时,精度优 于+/-2(18。

Claims (8)

1、一种具有数字监控上报功能的EPON局端光电模块,其特征在于:包括单纤双向光组件(100)、激光器驱动电路(200)、突发式信号接收电路(300)和控制电路(400);单纤双向光组件(100)分别连接至激光器驱动电路(200)、突发式信号接收电路(300)和控制电路(400),控制电路(400)还分别连接至激光器驱动电路(200)和突发式信号接收电路(300);EPON是以太网无源光网络。
2、 按权利要求1所述的局端光电模块,其特征在于:单纤双向光组件(100)由DFB激光器、APD+TIA探测器和波分复用器组成; DFB激光器的光输出连接至波分复用器,实现电光转换; APD+TIA探测器的光输入端与波分复用器相连,实现光电转换; DFB为分布反馈,APD为雪崩光电二极管,TIA为跨阻抗放大器。
3、 按权利要求1所述的局端光电模块,其特征在于: 激光器驱动电路(200)由芯片MAX3738及常用外围电路组成。
4、 按权利要求l所述的局端光电模块,其特征在于-突发式信号接收电路(300)由芯片PAS5361及常用外围电路组成。
5、 按权利要求l所述的局端光电模块,其特征在于:控制电路(400)由高压电源电路(410)、微处理器电路(420)和采样保持 电路(430)组成;高压电源电路(410)分别与单纤双向光组件(100)和微处理器电路(420) 相连;采样保持电路(430)与突发式信号接收电路(300)的突发功率强度指示信 号端相连,还分别与微处理器电路(420)、小型化可热插拔控制接口的触发输入 端相连;微处理器电路(420)还与激光器驱动电路(200)的光功率、偏置电流监控 信号端、小型化可热插拔控制接口相连。
6、 按权利要求5所述的局端光电模块,其特征在于-所述的高压电源电路(410)由LT1930及常用外围电路组成。
7、 按权利要求5所述的局端光电模块,其特征在于-所述的微处理器电路(420)由微处理器芯片、存储器芯片、数字电位器芯 片及常用外围电路组成;微处理器芯片的串行数据线通过PCB导线与存储器芯片 和数字电位器芯片连接。
8、 按权利要求5所述的局端光电模块,其特征在于:所述的采样保持电路(430)主要包括信号调理器(431)、模拟开关(432)、 跟随器(433)及第1电阻(Rl)、第2电阻(R2)和电容(C);信号调理器(431)、第1电阻(Rl)、模拟开关(432)和跟随器(433)依 次连接;在模拟开关(432)的输出端连接有并联接地的第2电阻(R2)和电容(C)。
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