CN102324970A - 一种onu发射端工作状态的监控装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种ONU发射端工作状态的监控装置与方法，主要利用激光器驱动芯片自身强大的功能完成自检，利用电阻与比较器结合芯片必备的VCC与GND电压构成的监控电路，分步骤地对ONU发射端各关键器件进行监控，并同时监控使能信号的持续时间长短，最后统一由与门进行与运算，来达到全面有效准确的监控ONU发射端工作状态的目的。步骤简单，方便实现，既保证了PON中各ONU的正常工作，同时又由于充分利用了现有设备，故成本低廉，便于维护和工业化生产。

Description

一种ONU发射端工作状态的监控装置与方法

技术领域

    本发明涉及光通信网络技术，尤其涉及一种对ONU（Optical Network Unit,光网络单元）发射端工作状态进行监控的装置与方法。

背景技术

传统通信领域所用到的传输线路都是铜芯电缆，传输效率低，抗电磁干扰能力差。由于光纤具有传输效率高，抗电磁干扰能力强等特点，因此，随着对通信传输速率要求的提高，以及现代制造工艺的提升使光纤制造成本下降，现代通信领域越来越多的利用光纤进行信息的传输。光通信网络连接到用户终端的接入网，按照是否接入了有源器件可分为AON(Active Optical Network,有源光网络)和PON(Passive Optical Network,无源光网络)。由于PON具有维护简便，便于安装和拓展的特点，得到了广泛的使用，并成为了国际通信联盟的标准规范。

一个PON通常由一个位于中心局的OLT(Optical Line Terminal,光线路终端)，数个位于用户端的ONU(Optical Network Unit,光网络单元)和位于两者之间的光配线网络构成。当数据下行的时候，OLT将下行数据包广播到各个ONU，各ONU根据下行数据包中的地址信息各自进行匹配即可。而当数据上行的时候，由于上行数据往往量小且时间规律性不高，现行的做法是让各个ONU以时分复用模式工作。如图1所示，多个ONU通过光配线网络连接到一个OLT上，OLT发送使能信号到不同ONU中的光信号发送模块（以下简称“ONU光模块”）的发射端使能管脚，从而控制不同ONU的工作状态，保证同一时间只有一个ONU在发送光信号（以下简称为“发光”），不同ONU依次发光，多个数据包依时间顺序排列成数据流发送到OLT。ONU工作在时分复用模式的优点是增加了线路网络的利用率，但缺点是如果其中一个ONU出现故障而没有及时发现时，可能导致如下情况：故障ONU在本该正常发光的时候没有发光，造成带宽浪费；故障ONU在本该其他ONU工作发光的时候异常发光，造成数据的干扰。同时若ONU其他模块发生问题，使发送到ONU光模块的使能信号时间过长，也会使ONU长时间发光，进而影响网络中其他ONU的正常工作。

ONU光模块的发送端主要包括用于控制激光器工作的激光器驱动芯片，用于受控发光的LD(Laser Diode,半导体激光器)，以及用于监控LD的MPD(Monitor Photo-Diode，监控光电二极管)。当激光器驱动芯片故障或者LD出现故障时，该ONU将无法发光。当该ONU光模块使用光功率闭环控制时，由于激光器驱动芯片、LD、MPD构成一个闭环回路，因此MPD的损坏也会导致ONU无法正常发光；而当该ONU光模块使用光功率开环查表方式控制时，MPD的损坏不会影响光网络的正常通信。

各ONU光模块厂商针对如何监控ONU光模块的发射端工作状态的问题，在ONU光模块的管脚中定义了一个TX_SD（发射端信号检测）管脚，用于向外界告知ONU工作是否正常，通常以TX_SD逻辑电平1表示ONU工作正常，以TX_SD逻辑电平0表示ONU工作异常。至于如何决定TX_SD信号的逻辑电平不同厂商有不同的方式：

一种方式是根据对OLT发送过来的，经过了ONU中其他模块，最终到达ONU光模块发送端使能管脚的使能信号的变化与否，确定TX_SD信号的逻辑电平。这类厂商认为，只要使能信号能够正常的进入到ONU光模块，说明ONU其他模块没有故障，根据工业生产的小概率检验标准，ONU光模块发生故障的概率很小。出于工业成本的考虑，只要使能信号正常的输入进ONU光模块，便可以认为ONU光模块也是正常的，故输出逻辑电平为1的TX_SD信号。其逻辑电路图如图2所示，将缓冲器和反相器并联作为监控电路，输入使能信号，输出TX_SD信号。由于不同厂商生产的芯片要求的使能信号电平不同，当使用高电平为使能信号时，该高电平直接通过缓冲器向外输出高电平信号，即逻辑电平为1的TX_SD信号；当使用低电平为使能信号时，该低电平通过反相器变成高电平，同样输出逻辑电平为1的TX_SD信号。这种方式的好处是节约了成本，坏处是实际上并没有真正的对ONU光模块发射端进行监控。即使内部器件出现故障，ONU光模块仍然会输出表示工作正常的TX_SD信号。

另一种方式则是在激光器驱动芯片内部增加镜像电流电路，并通过与芯片内部设置的寄存器的对比，来决定TX_SD信号的逻辑电平。这种方式利用LD发光之后，MPD会有相应的光电流输入，通过芯片内部的镜像电流源将MPD的光电流进行镜像处理，再与芯片内部设置的寄存器进行对比，最后判断光模块是否工作正常，从而输出正确的TX_SD信号。这种方式虽然成熟且可以产业化，但这种新的激光器驱动芯片成本高昂，而且只适用于光功率闭环控制的ONU光模块发射端。而光功率开环查表方式控制的ONU光模块发射端，由于光功率会随着温度变化而出现明显变化，超过芯片内部设置的镜像电流阈值时，便会出现误判。即使是光功率闭环控制的ONU光模块发射端，如果出现了MPD被静电击穿或者其他方式导致的故障时，无信号也会有电流输出，导致芯片内部出现镜像电流，从而在出故障时也输出逻辑电平为1的TX_SD信号。

发明内容

针对以上问题，本发明的第一个目的是提供一种能够有效监控ONU发射端各器件工作状态同时成本低廉的监控装置。

针对以上问题，本发明的第二个目的是提供一种能够有效监控ONU发射端各器件工作状态同时步骤简单的监控方法。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案实现的：一种ONU发射端工作状态的监控装置，包括激光器驱动芯片、LD、MPD，其关键在于：还包括第一电阻R1、第二电阻(R2)、第三电阻R3、第一比较器、第二比较器以及与门；

所述激光器驱动芯片接收使能信号，并发送激光器驱动芯片工作状态信号到与门；

所述第一电阻R1与第一比较器组成MPD监控电路，其中第一电阻R1一端同时连接第一比较器负端以及激光器驱动芯片，第一电阻R1另一端同时连接第一比较器正端以及LD的阳极，第一比较器输出MPD工作状态信号到与门；

所述第二电阻R2，第三电阻R3及第二比较器组成LD的监控电路，其中第二电阻R2与第三电阻R3的公共端连接到第二比较器的正端，第二电阻R2的另一端与VCC相连，第三电阻R3的另一端与GND相连，第二比较器的负端同时连接LD的阴极以及激光器驱动芯片，第二比较器输出LD工作状态信号到与门；

所述与门用于对接收到的工作状态信号进行与运算，并将运算结果作为TX_SD信号向外部报告。

根据本发明一个优选的实施例，所述ONU发射端工作状态的监控装置，还包括MCU，所述MCU接收使能信号，判断使能信号是否超时，输出使能信号工作状态信号到与门。增加用于监控使能信号的MCU，能够防止因ONU其他模块、OLT或者外部线路的故障导致使能信号时间过长，从而引发的ONU超时发光的问题，使监控更加全面。

根据本发明另一个优选的实施例，所述MCU内部集成有与门、第一比较器与第二比较器，该MCU的型号为：Aduc7020或Aduc7023。此种型号的芯片集成了MCU定时功能和与门以及比较器，集成度高，充分利用了MCU中的各项功能，避免了增加硬件设施带来的成本增加，从而降低了工业成本。

根据本发明又一个优选的实施例，所述激光器驱动芯片的型号为MAX3643。此种型号的芯片技术成熟，功能强大，方便性能的拓展和维护。

根据本发明再一个优选的实施例，所述LD与MPD集成到一起，型号为DS-TO293BU-CDB。此种型号的芯片集成了LD和MPD，集成度高，维护方便，从而降低了工业成本。

本发明的第二个目的是通过以下技术方案实现的：

一种ONU发射端工作状态的监控方法，其关键在于，包括以下步骤：

S1：激光器驱动芯片接收使能信号，判断使能信号是否有效及其本身工作是否正常，然后输出激光器驱动芯片工作状态信号，逻辑电平1表示正常，逻辑电平0表示工作异常；

S2：判断MPD工作状态是否正常，输出MPD工作状态信号；

S3：判断LD工作状态是否正常，输出LD工作状态信号；

S4：将激光器驱动芯片工作状态信号、MPD工作状态信号和LD工作状态信号作为输入信号输入到与门，与门进行与运算后向外输出TX_SD信号，若输入信号都为逻辑电平1，则向外输出逻辑电平为1的TX_SD信号；若有一个输入信号为逻辑电平0，则向外输出逻辑电平为0的TX_SD信号。 

根据本发明一个优选的实施例，所述步骤S2中判断MPD工作状态按如下过程进行：用第一电阻R1与第一比较器组成MPD监控电路，第一比较器利用第一电阻R1上电压降存在与否及电压降的方向判断MPD工作是否正常，若MPD工作正常则第一比较器输出逻辑电平为1的MPD工作状态信号，若MPD工作异常则第一比较器输出逻辑电平为0的MPD工作状态信号。利用电阻与比较器判断MPD的工作状态步骤简单，方便维护，抗干扰能力强。

根据本发明另一个优选的实施例，所述步骤S3中判断LD工作状态按如下过程进行：用第二电阻R2，第三电阻R3及第二比较器组成LD的监控电路，第二比较器利用LD阴极不工作时电压为VCC，LD阴极正常工作时电压比VCC小的特点，判断LD工作是否正常，若LD工作正常则第二比较器输出逻辑电平为1的LD工作状态信号，若LD工作异常则第二比较器输出逻辑电平为0的LD工作状态信号。利用电阻与比较器判断LD的工作状态步骤简单，方便维护，抗干扰能力强。

根据本发明又一个优选的实施例，所述ONU发射端工作状态的监控方法，还包括使能信号工作状态检测步骤，所述使能信号工作状态检测步骤按如下过程进行：用MCU内部的计时器计算使能信号的时间长度，若使能信号没有超过预设时间，则MCU向与门输出逻辑电平为1的使能信号工作状态信号，若使能信号超过了预设时间，则MCU向与门输出逻辑电平为0的使能信号工作状态信号。增加MCU检测使能信号的工作状态的步骤，能够防止因ONU其他模块、OLT或者外部线路的故障导致使能信号时间过长，从而引发的ONU超时发光的问题，使监控更加全面。

本发明的有益效果在于：

本发明的ONU发射端工作状态的监控装置，利用激光器驱动芯片自身强大的功能完成自检，利用电阻与比较器，结合芯片必备的VCC与GND电压，构成的监控电路，不仅完成了对LD和MPD的监控，且高效率的利用了现有设备，具有结构简单抗干扰能力强的特点。增加了监控使能信号的MCU，使对发射端工作状态的监控更加全面。通过与门对所有工作状态信号进行的与运算能保证只要其中任意一个部位出了问题，都能够通过TX_SD信号向外报告，保证了监控的准确性与全面性。

本发明的ONU发射端工作状态的监控方法，按器件分步骤对ONU发射端各关键器件进行监控，最后统一由与门进行与运算，步骤简单，方便实现。通过MCU对使能信号的检测步骤，使监控更加全面。对LD和MPD的监控步骤简单方便，容易实现。因此既有全面有效监控ONU发射端工作状态的能力，又有工业实现简便，成本低廉的特点。

附图说明

图1为ONU在PON中的工作模式示意图。

图2为公知的对ONU的发射端工作状态进行简单监控电路图。

图3为本发明的ONU发射端工作状态的监控装置电路图。

图4为本发明的ONU发射端工作状态的监控方法流程图。

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，均可被其他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。

    下面，结合附图对本发明的技术方案做详细的说明。

如图1所示，为ONU在PON中的工作模式示意图，多个ONU通过光配线网络连接到一个OLT上，OLT发送使能信号到不同ONU中的光信号发送模块的发射端使能管脚，从而控制不同ONU的工作状态，保证同一时间只有一个ONU在发送光信号，不同ONU依次发光，多个数据包依时间顺序排列成数据流发送到OLT。

如图2所示，为公知的对ONU的发射端工作状态进行简单监控电路图。将缓冲器和反相器并联作为监控电路，输入使能信号，输出TX_SD信号。由于不同厂商生产的芯片要求的使能信号电平不同，当使用高电平为使能信号时，该高电平直接通过缓冲器向外输出高电平信号，即逻辑电平为1的TX_SD信号；当使用低电平为使能信号时，该低电平通过反相器变成高电平，同样输出逻辑电平为1的TX_SD信号。

如图3所示，为本发明的ONU发射端工作状态的监控装置电路图。由于ONU发射端主要包括激光器驱动芯片、LD、MPD这三个器件，那么需要有监控电路对这三个器件的失效进行告警；同时由于上行的ONU工作在时分复用模式，单个ONU的发光时间不会太长，因此通过MCU来对因使能信号过长导致的ONU的发光时间过长之问题进行告警。最后通过与门对上述告警信号进行与运算，只要三个器件中任何一个出了故障或者使能信号持续时间过长，都会输出逻辑电平为0的TX_SD信号，表示该ONU发射端出现故障。

根据本发明一个优选的实施例，该ONU发射端工作状态的监控装置，由激光器驱动芯片、LD、MPD、第一电阻R1、第二电阻(R2)、第三电阻R3、第一比较器、第二比较器、与门和MCU组成。

激光器驱动芯片接收使能信号，驱动LD工作，并完成自检后发送激光器驱动芯片工作状态信号到与门，若工作正常则发送逻辑电平为1的激光器驱动芯片工作状态信号，若不正常则发送逻辑电平为0的激光器驱动芯片工作状态信号；

第一电阻R1与第一比较器组成MPD监控电路，其中第一电阻R1一端同时连接第一比较器负端以及激光器驱动芯片，第一电阻R1另一端同时连接第一比较器正端以及LD的阳极；当MPD正常工作采集到光电流时，电流会通过第一电阻R1流入激光器驱动芯片，此时第一电阻R1两端有压降，从而使第一比较器的正端电压高过负端电压，第一比较器输出逻辑电平为1的MPD工作状态信号到与门；当MPD工作不正常采集不到光电流时，第一电阻R1没有电流通过，第一电阻两端电压相等，从而使第一比较器的正端电压与负端电压相等，则第一比较器输出逻辑电平为0的MPD工作状态信号到与门。

第二电阻R2，第三电阻R3及第二比较器组成LD的监控电路，其中第二电阻R2与第三电阻R3的公共端连接到第二比较器的正端，第二电阻R2的另一端与VCC相连，第三电阻R3的另一端与GND相连，第二比较器的负端同时连接LD的阴极以及激光器驱动芯片；由于激光器驱动芯片是吸电流工作模式，当平时LD不工作或者异常工作时，LD阴极的电压等于VCC，此时与LD阴极相通的第二比较器负端电压也等于VCC，而第二比较器正端电压为第二电阻R2和第三电阻R3拉平的一个电压，小于VCC，因此第二比较器将会输出的逻辑电平为0的LD工作状态信号到与门；当LD正常工作时，将会有电流从LD阳极流到LD阴极，然后进入激光器驱动芯片，此时与LD阴极相通的比较器负端电压低过比较器正端电压，因此第二比较器输出逻辑电平为1的LD工作状态信号到与门。

MCU接收使能信号，通过MCU内部的定时功能判断使能信号是否超过预设的时间，若未超过则输出逻辑电平为1的使能信号工作状态信号到与门，若超过则输出逻辑电平为0的使能信号工作状态信号到与门。

与门对所接收到的4路工作状态信号进行与运算，若这4路工作状态信号的逻辑电平全部为1则输出逻辑电平为1的TX_SD信号，用于向外部报告该ONU发射端工作正常；若有至少一路逻辑电平为0的工作状态信号则输出逻辑电平为0的TX_SD信号，用于向外部报告该ONU发射端出现故障，需要关闭或断电。

根据本发明的一个优选的实施例，该MCU内部集成有与门、第一比较器与第二比较器，该MCU的型号为：Aduc7020或Aduc7023，为美国ADI公司的产品。选用此型号芯片的好处是利用效率高，工业成本低，集成度也高，便于维护，出了问题整体更换即可。

根据本发明的一个优选的实施例，所述激光器驱动芯片的型号为MAX3643，为美国MAXIM公司的产品。选用此型号芯片在于其技术成熟，功能强大，能够稳定工作，完成自检，且便于拓展。当然选用其他型号如Mindspeed公司的MO2090、Nanotech公司的NT25L90等具有相同功能的激光器驱动芯片也是等同的。

根据本发明的一个优选的实施例，所述LD与MPD集成到一起，型号为DS-TO293BU-CDB，为美国Cyoptics公司的产品。选用集成到一起的LD和MPD芯片，工业成本低，集成度高，便于维护。当然选用其他型号如Emcore公司的8213-8315-1、Binoptics公司的131F-02I-LT5MB-09等具有相同功能的LD和MPD芯片也是等同的。

如图4所示，为本发明的ONU发射端工作状态的监控方法流程图。主要包括以下几个步骤：

S1：激光器驱动芯片接收使能信号，判断使能信号是否有效及其本身工作是否正常，然后输出激光器驱动芯片工作状态信号，逻辑电平1表示正常，逻辑电平0表示工作异常；

S2：判断MPD工作状态是否正常：用第一电阻R1与第一比较器组成MPD监控电路，第一比较器利用第一电阻R1上电压降存在与否及电压降的方向判断激光器驱动芯片工作是否正常；若MPD工作正常则第一比较器输出逻辑电平为1的MPD工作状态信号，若MPD工作异常则第一比较器输出逻辑电平为0的MPD工作状态信号。

S3：判断LD工作状态是否正常：用第二电阻R2，第三电阻R3及第二比较器组成LD的监控电路，第二比较器利用LD阴极不工作时电压为VCC，LD阴极正常工作时电压比VCC小的特点，判断LD工作是否正常，若LD工作正常则第二比较器输出逻辑电平为1的LD工作状态信号，若LD工作异常则第二比较器输出逻辑电平为0的LD工作状态信号。

S4：判断使能信号工作是否正常：用MCU内部的计时器计算使能信号的时间长度，若使能信号没有超过预设时间，则MCU向与门输出逻辑电平为1的使能信号工作状态信号，若使能信号超过了预设时间，则MCU向与门输出逻辑电平为0的使能信号工作状态信号。

S5：将激光器驱动芯片工作状态信号、MPD工作状态信号、LD工作状态信号和使能信号工作状态信号作为输入信号输入到与门，与门进行与运算后向外输出TX_SD信号，若输入信号都为逻辑电平1，则向外输出逻辑电平为1的TX_SD信号；若有一个输入信号为逻辑电平0，则向外输出逻辑电平为0的TX_SD信号。 

根据本发明一个实施例，步骤S2中判断MPD工作状态和步骤S3中判断LD工作状态，还可以利用已有的根据最终到达ONU光模块发送端使能管脚的使能信号的变化与否，从而判断MPD和LD的工作是否正常的方法。

根据本发明的另一个实施例，步骤S2中判断MPD工作状态和步骤S3中判断LD工作状态，还可以利用已有的在激光器驱动芯片内部增加镜像电流电路，并通过与芯片内部设置的寄存器的对比，来判断MPD和LD的工作是否正常的方法。

Claims (9)

1.一种ONU发射端工作状态的监控装置，包括激光器驱动芯片、LD、MPD，其特征在于：还包括第一电阻（R1）、第二电阻(R2)、第三电阻（R3）、第一比较器、第二比较器以及与门；

所述激光器驱动芯片接收使能信号，并发送激光器驱动芯片工作状态信号到与门；

所述第一电阻（R1）与第一比较器组成MPD监控电路，其中第一电阻（R1）一端同时连接第一比较器负端以及激光器驱动芯片，第一电阻（R1）另一端同时连接第一比较器正端以及LD的阳极，第一比较器输出MPD工作状态信号到与门；

所述第二电阻（R2），第三电阻（R3）及第二比较器组成LD的监控电路，其中第二电阻（R2）与第三电阻（R3）的公共端连接到第二比较器的正端，第二电阻（R2）的另一端与VCC相连，第三电阻（R3）的另一端与GND相连，第二比较器的负端同时连接LD的阴极以及激光器驱动芯片，第二比较器输出LD工作状态信号到与门；

所述与门用于对接收到的工作状态信号进行与运算，并将运算结果作为TX_SD信号向外部报告。

2.根据权利要求1所述ONU发射端工作状态的监控装置，其特征在于：还包括MCU，所述MCU接收使能信号，判断使能信号是否超时，输出使能信号工作状态信号到与门。

3.根据权利要求2所述ONU发射端工作状态的监控装置，其特征在于：所述MCU内部集成有与门、第一比较器与第二比较器，该MCU的型号为：Aduc7020或Aduc7023。

4.根据权利要求2所述ONU发射端工作状态的监控装置，其特征在于：所述激光器驱动芯片的型号为MAX3643。

5.根据权利要求2所述ONU发射端工作状态的监控装置，其特征在于：所述LD与MPD集成到一起，型号为DS-TO293BU-CDB。

6.一种ONU发射端工作状态的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：激光器驱动芯片接收使能信号，判断使能信号是否有效及其本身工作是否正常，然后输出激光器驱动芯片工作状态信号，逻辑电平1表示正常，逻辑电平0表示工作异常；

S2：判断MPD工作状态是否正常，输出MPD工作状态信号；

S3：判断LD工作状态是否正常，输出LD工作状态信号；

S4：将激光器驱动芯片工作状态信号、MPD工作状态信号和LD工作状态信号作为输入信号输入到与门，与门进行与运算后向外输出TX_SD信号，若输入信号都为逻辑电平1，则向外输出逻辑电平为1的TX_SD信号；若有一个输入信号为逻辑电平0，则向外输出逻辑电平为0的TX_SD信号。

7. 根据权利要求6所述ONU发射端工作状态的监控方法，其特征在于：

所述步骤S2中判断MPD工作状态按如下过程进行：用第一电阻（R1）与第一比较器组成MPD监控电路，第一比较器利用第一电阻（R1）上电压降存在与否及电压降的方向判断MPD工作是否正常，若MPD工作正常则第一比较器输出逻辑电平为1的MPD工作状态信号，若MPD工作异常则第一比较器输出逻辑电平为0的MPD工作状态信号。

8.根据权利要求6所述ONU发射端工作状态的监控方法，其特征在于：

所述步骤S3中判断LD工作状态按如下过程进行：用第二电阻（R2），第三电阻（R3）及第二比较器组成LD的监控电路，第二比较器利用LD阴极不工作时电压为VCC，LD阴极正常工作时电压比VCC小的特点，判断LD工作是否正常，若LD工作正常则第二比较器输出逻辑电平为1的LD工作状态信号，若LD工作异常则第二比较器输出逻辑电平为0的LD工作状态信号。

9.根据权利要求6所述ONU发射端工作状态的监控方法，其特征在于：还包括使能信号工作状态检测步骤，所述使能信号工作状态检测步骤按如下过程进行：用MCU内部的计时器计算使能信号的时间长度，若使能信号没有超过预设时间，则MCU向与门输出逻辑电平为1的使能信号工作状态信号，若使能信号超过了预设时间，则MCU向与门输出逻辑电平为0的使能信号工作状态信号。

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