CN102255656A - 一种无源光网的光网络单元及其信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤通信领域，本发明公开一种无源光网络的光网络单元，包括满足SFF或SFPMSA定义的电接口、微处理器单元、收发一体芯片、光收发模块接口组件，所述电接口分别连接微处理器单元、收发一体芯片，所述微处理器单元连接收发一体芯片，所述收发一体芯片连接光收发模块接口组件。本发明还公开了一种无源光网络的光网络单元的信号处理方法。收发一体芯片中集成了限幅放大单元、激光驱动单元、芯片配置及信号采样单元，此一体化芯片与微处理单元、高压电路转换芯片配合形成光网络单元，该方案设计的光网络单元具有结构简单、高集成度、成本低且适合大规模自动化生产等特点。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，尤其是一种无源光网的光网络单元及其信号处理方法。
背景技术
文中技术术语解释：
PON (Passive Optical Network) 无源光网络
GPON (Gigabit-Capable PON) 千兆无源光网
GEPON (Gigabit-Capable Ethernet PON)千兆以太无源光网络
SFF (Small From-Factor)小型化光模块
MSA (Multi-Source Agreement)多源协议
ONU (Optical Network Unite)光网络单元
OLT (Optical Line Terminal) 光缆终端设备
PCB (Printed Circuit Board) 印制电路板
LA (Limit Amplifier) 限幅放大器
LDD (Laser Diode Driver) 激光二极管驱动
ADC (Analog to Digital Converter)模拟数字转换
DAC (Digital to Analog Converter)模拟数字转换
DDM (Digital Diagnostic Monitor) 数字诊断监控
APD (Avalanche Photo Diode) 雪崩二极管
ODN (Optical Distribution Network) 光配线网
MCU (Micro Control Unit) 微处理器单元
PON是一种新兴的覆盖最后一公里的宽带接入光纤技术，由于其高带宽、省光纤、稳定性高等特点成为国内光纤接入网建设的主流技术选择。目前在国内普遍使用的是GPON与EPON技术，其接入带宽分别为2.5G和1G，根据组网模式不同，每个光端口可接入几十至数百个用户。PON网络不含有任何电子器件及电子电源，整个网络全部由光分路器等无源器件组成。一个PON网络包括一个安装于中心控制站的光线路终端（OLT），以及一批配套的安装于用户场所的光网络单元（ONUs）。在OLT与ONU之间的光配线网（ODN）包含了光纤以及无源分光器或者耦合器。鉴于PON系统的特点即一个OLT与几十甚至上百个ONU进行通信，国内外市场对ONU的需求逐年成倍增加；在量增加的同时，也对价格及性能提出新的要求。因此，方案设计必须考虑低成本，适合大批量自动化生产及高性能等因素。
现有技术中的无源光网络的网络单元一般采用分离的限幅放大芯片、激光器驱动芯片的双芯片方案并结合微处理器及比较器方案。在高压部分采用热敏电阻及修改电阻阻值的方式实现APD电压补偿及控制。现有技术中的方案一般为双芯片，双芯片在外围器件方面方案复杂，进而影响整体成本和产品可靠性，同时APD反偏电压往往采用反馈电阻与热敏电阻结合的形式，无法实现APD电压的实时控制和自动化调节。目前，现有技术中的光网络单元其信号处理方法有以下缺点：1.若实现自动关断功率，往往是直接采用对突发控制信号进行监控，不能有效的反映激光器的状态，此设计会在因ONU模块内部问题导致激光器异常发光时无法及时关断激光器输出；2. 对于发送光功率的检测往往只能通过对激光器输出光功率检测信号的平均信号进行采样，该采集方式将直接导致光模块在不同占空比下发光时，读出的DDM监控值会发生变化，不能反映激光器的实时光功率输出。
发明内容
针对现有技术中存在的光网络单元及其信号处理方法存在上述问题，有必要提供一种低成本、高性能无源光网络单元的设计方案及其信号处理方法。
本发明公开了一种无源光网络的光网络单元，包括满足SFF MSA定义的电接口、微处理器单元、收发一体芯片、光收发模块接口组件，所述电接口分别连接微处理器单元、收发一体芯片，所述微处理器单元连接收发一体芯片，所述收发一体芯片连接光收发模块接口组件；所述电接口用于与上位机进行通信，所述微处理器单元用于对光网络单元的工作状态进行配置及监控，所述收发一体芯片中集成了限幅放大单元和激光驱动单元，所述限幅放大单元用于将从接收端传输过来的电信号进行限幅放大，所述激光驱动单元用于将从上位机传输过来的电压信号转换成为驱动激光器的调制电流信号并将调制电流信号传输到激光器转化成为光信号输出。
优选地，上述无源光网络的光网络单元包括APD反偏高压电路，所述APD反偏高压电路分别与微处理器单元、光收发接口组件连接，实现将微处理器单元发送的电压控制信号转换为对反偏电压的控制。
优选地，上述收发一体芯片中集成了芯片配置及信号采样单元，通过微处理器单元对其工作状态进行配置及监控。
一种无源光网络的光网络单元的信号处理方法，具体包含以下步骤：激光器输出的功率监控信号为电流信号，该电流信号通过采样电阻转换为采样电压；当突发信号有效时程控开关导通对采样电容进行充电；当突发信号无效时程控开关断开，采样电容的电压通过缓冲器输出到信号采样单元，同时，芯片内置的采样电路对该信号进行采样。
优选地，上述方法包括：当收发一体芯片监控到激光器输出光功率监控信号大于预先设定的数值的一定比例时，收发一体芯片输出发送端信号指示信号为高电平，反之则为低电平；发送端信号指示作为触发标志，当该触发标志有效时微处理器芯片开启定时器进行延时，保证信号采样单元对缓冲器送过来的发送光功率信号进行有效的采样，当延时结束后通过I2C总线获取采样电路得到的采样数值。
优选地，上述方法包括：在发送端信号指示的触发标志有效时，微处理器单元开启另一个计时器，若在该计时器计时的阶段内未发现触发标志无效情况，将视该模块为连续发光的失效模块，微处理器单元通过发送端关断信号将激光器的光输出关断；若在计时的时间内出现触发标志无效情况且触发标志在定时结束后为无效状态则立即重置并关闭该计时器；若在计时的时间内出现触发标志无效情况且触发标志在定时结束后为有效状态则立即重置计时器并重新计数。
优选地，上述方法包括：通过微处理器单元内置的电流源DAC输出的电流参与参考电压的稳定，进而实现输出反偏电压的调节。
综上上述，由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：收发一体芯片中集成了限幅放大单元、激光驱动单元、芯片配置及信号采样单元，此一体化芯片与微处理单元、高压电路转换芯片配合形成光网络单元，其光网络单元结构简单、高集成度导致成本低，适合大规模自动化生产。同时，在自动失效检查方面，通过算法监控激光二极管的连续发光时间，当激光器连续发光超过设定时间的时候给出报警信号，并自动关闭激光器输出。对于突发光功率检测，本发明采用算法与芯片集成的采样保持电路相结合获得准确的发送功率监控信号。对于使用 APD接收的ONU光模块来说，APD反偏电压的调节和补偿是影响产品自动化的主要障碍之一，本发明采用控制DAC的输出电流进而控制APD反偏电压以保证APD在工作温度范围内保持灵敏度的稳定。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1 为无源光网络的光网络单元模块示意图。
图2为详细的无源光网络的光网络单元结构图。
图3为APD电压控制示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
一种无源光网络的光网络单元，包括满足SFF或SFP定义的电接口、微处理器单元、收发一体芯片、光收发模块接口组件，上述电接口分别连接微处理器单元、收发一体芯片，上述微处理器单元连接收发一体芯片，上述收发一体芯片连接光收发模块接口组件；上述电接口用于与上位机进行通信，上述微处理器单元用于对光网络单元的工作状态进行配置及监控，上述收发一体芯片中集成了限幅放大单元和激光驱动单元，上述限幅放大单元用于将从接收端传输过来的电信号进行限幅放大，上述激光驱动单元用于将从上位机传输过来的电压信号转换成为驱动激光器的调制电流信号并将调制电流信号传输到激光器转化成为光信号输出。
如图1所示的本发明中的无源光网络的光网络单元模块示意图，微处理器单元、限幅放大及激光器驱动集成单元分别与SFF或SFP电接口相连，通过SFF或SFP电接口与上位机进行通信；微处理器单元分别与限幅放大及激光器驱动集成单元相连以实现对ONU光模块工作状态进行配置及监控。光收发模块接口组件与限幅放大及激光器驱动集成单元连接，将接收的光信号转换为电信号并传送给限幅放大模块同时也将激光驱动模块的传输过来的电信号转换为光信号。
优选地，上述无源光网络的光网络单元包括APD反偏高压电路，上述APD反偏高压电路分别与微处理器单元、光收发接口组件连接，实现将微处理器单元发送的电压控制信号转换为对反偏电压的控制。此结构适合带APD的ONU光模块设计，如果将APD反偏高压电路去掉又可以满足带PIN的ONU模块的设计需要。
优选地，上述收发一体芯片中集成了芯片配置及信号采样单元，通过微处理器单元对其工作状态进行配置及监控。
本发明为详细的无源光网络的光网络单元结构图如图2所示。上述光网络单元在收发一体芯片中集成了限幅放大单元、激光驱动单元、芯片配置及信号采样单元，此一体化芯片与微处理单元、高压电路转换芯片配合形成光网络单元，其光网络单元结构简单、高集成度导致成本低，适合大规模自动化生产。
本发明还公开了一种无源光网络的光网络单元的信号处理方法，具体包含以下步骤：激光器输出的功率监控信号为电流信号，该电流信号通过采样电阻转换为采样电压；当突发信号有效时程控开关导通对采样电容进行充电；当突发信号无效时程控开关断开，采样电容的电压通过缓冲器输出到信号采样单元，同时，芯片内置的采样电路对该信号进行采样。上述信号处理的方法实现了对激光器发光功率的采集，和现有技术中根据激光器输出光功率检测信号的平均信号进行采样的方法相比，本申请的方法可以获得准确的发送功率监控信号。
优选地，当收发一体芯片监控到激光器输出光功率监控信号大于预先设定的数值的一定比例时，收发一体芯片输出发送端信号指示信号为高电平，反之则为低电平；发送端信号指示作为触发标志，当该触发标志有效时微处理器芯片开启定时器进行延时，保证信号采样单元对缓冲器送过来的发送光功率信号进行有效的采样，当延时结束后通过I2C（Inter－Integrated Circuit）总线获取采样电路得到的采样数值。因为采样电容有一定的漏电系数，当程控开关断开超过一定的时间时，信号采集单元获得的DDM数值将不准确，而上述方法能保证在采样电容有效时获得最佳的对突发光功率的采样结果，实际测试发现，在不同占空比情况下，采集到的突发光功率变化小于0.5dB。
优选地，在发送端信号指示的触发标志有效时，微处理器单元开启另一个计时器，若在该计时器计时的阶段内未发现触发标志无效情况，将视该模块为连续发光的失效模块，微处理器单元通过发送端关断信号将激光器的光输出关断；若在计时的时间内出现触发标志无效情况且触发标志在定时结束后为无效状态则立即重置并关闭该计时器；若在计时的时间内出现触发标志无效情况且触发标志在定时结束后为有效状态则立即重置计时器并重新计数。在关断激光器的光输出的同时，微处理单元可以将SFF-8472协议所定义的A2H的Soft TX Disable Select位及Soft Rate_Select位置“1”。所以，根据上述方法，一旦检测到模块的连续发光时间大于预先设置的计时长度，模块将自动关断以实现对系统的保护。同时，ONU的上位机可以通过读取上述的两个位获得ONU模块的工作状态，也可以通过将Soft TX Disable Select位清零以恢复模块工作。上述方法可以有效地避免因为器件失效等因素导致激光器常发光进而影响整个PON系统运行的情况。其中，Soft Rate_Select位为PON模块应用中未定义的位，此处被复用为模块失效标志位。同时，上述的模块失效标志位不仅仅限制为Soft Rate_Select位，其它在PON应用中未定义的位也同样适合本设计。
优选地，本发明通过微处理器单元内置的电流源DAC输出的电流参与参考电压点的稳定，进而实现输出反偏电压的调节。
通常高压控制芯片均有参考电压 
，通过控制的电压及
、
之间的分压关系保持
点电压处于稳定状态。与常规通过调节
及之间比例关系调节
电压不同。本发明通过限幅放大及激光器驱动集成单元内的温度检测电路获得实时环境温度，进而计算出需要设置的电压，通过调节
获得对应的APD反偏输出电压。本发明的APD电压控制示意图如图3所示。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1.一种无源光网络的光网络单元，其特征在于包括满足SFF或SFP MSA定义的电接口、微处理器单元、收发一体芯片、光收发模块接口组件，所述电接口分别连接微处理器单元、收发一体芯片，所述微处理器单元连接收发一体芯片，所述收发一体芯片连接光收发模块接口组件；所述电接口用于与上位机进行通信，所述微处理器单元用于对光网络单元的工作状态进行配置及监控，所述收发一体芯片中集成了限幅放大单元和激光驱动单元，所述限幅放大单元用于将从接收端传输过来的电信号进行限幅放大，所述激光驱动单元用于将从上位机传输过来的电压信号转换成为驱动激光器的调制电流信号并将调制电流信号传输到激光器转化成为光信号输出。
2.如权利要求1所述的无源光网络的光网络单元，其特征在于所述无源光网络的光网络单元包括APD反偏高压电路，所述APD反偏高压电路分别与微处理器单元、光收发接口组件连接，实现将微处理器单元发送的电压控制信号转换为对反偏电压的控制。
3.如权利要求1所述的无源光网络的光网络单元，其特征在于所述收发一体芯片中集成了芯片配置及信号采样单元，通过微处理器单元对其工作状态进行配置及监控。
4.一种无源光网络的光网络单元的信号处理方法，具体包含以下步骤：激光器输出的功率监控信号为电流信号，该电流信号通过采样电阻转换为采样电压；当突发信号有效时程控开关导通对采样电容进行充电；当突发信号无效时程控开关断开，采样电容的电压通过缓冲器输出到信号采样单元，同时，芯片内置的采样电路对该信号进行采样。
5.如权利要求4所述的无源光网络的光网络单元的信号处理方法，其特征在于所述方法包括：当收发一体芯片监控到激光器输出光功率监控信号大于预先设定的数值的一定比例时，收发一体芯片输出发送端信号指示信号为高电平，反之则为低电平；发送端信号指示作为触发标志，当该触发标志有效时微处理器芯片开启定时器进行延时，保证信号采样单元对缓冲器送过来的发送光功率信号进行有效的采样，当延时结束后通过I2C总线获取采样电路得到的采样数值。
6.如权利要求5所述的无源光网络的光网络单元的信号处理方法，其特征在于所述方法包括：在发送端信号指示的触发标志有效时，微处理器单元开启另一个计时器，若在该计时器计时的阶段内未发现触发标志无效情况，将视该模块为连续发光的失效模块，微处理器单元通过发送端关断信号将激光器的光输出关断；若在计时的时间内出现触发标志无效情况且触发标志在定时结束后为无效状态则立即重置并关闭该计时器；若在计时的时间内出现触发标志无效情况且触发标志在定时结束后为有效状态则立即重置计时器并重新计数。
7.如权利要求6所述的无源光网络的光网络单元的信号处理方法，其特征在于所述方法包括：通过微处理器单元内置的电流源DAC输出电流信号参与参考电压点的稳定，进而实现输出反偏电压的调节。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20111123 |