CN102752045A

CN102752045A - 光网络单元光模块

Info

Publication number: CN102752045A
Application number: CN2012102534127A
Authority: CN
Inventors: 郑龙; 张华�
Original assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: CN102752045B

Abstract

本发明公开了一种光网络单元光模块，所述光模块包括：响应电流检测模块，其电流输入端与所述光模块中的光电二极管的阴极相连，用以检测所述光电二极管输出的响应电流，并根据所述响应电流从其电压输出端输出相应的电压；微程序控制单元MCU，其电压输入端与所述响应电流检测模块的电压输出端相连，用以检测所述响应电流检测模块输出的电压，根据检测的电压判断是否接收到有效的光信号；并根据判断结果控制光检测信号的输出。由于根据光电二极管产生的响应电流来进行有无接收到有效光信号的判断，而光电二极管产生的响应电流不易受到电源或者其它干扰源的影响，从而大大提高了光检测信号输出的准确性。

Description

光网络单元光模块

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种光网络单元光模块。

背景技术

目前的国内市场以及国际市场，高带宽、高速率和多种业务融合的光纤通信方向已经开始应用；在众多的解决方案中，光纤到户(FTTH)的出现便被认为是宽带接入的终极解决方案。国内市场已经大面积应用。

而在FTTH众多方案中，其中PON（无源光网络）又备受关注，成为了目前主流的光接入方式。PON技术在几年内经历了APON、BPON到目前的EPON、GPON。且随着以太网技术在城域网中的普及以及宽带接入技术的发展，人们更多关注1Gbit/s以上的宽带PON技术，即EPON、GPON。GPON的全称为Gigabit-capable PON，也就是吉比特级数的无源光网络，其传输速率最大可达2.5Gbps，并且支持多种业务，包括ATM，Ethernet，TDM，CATV，注重多业务，可以说是目前功能最完善的PON网络技术，也是一种非常经济、面向宽带的网络接入方式。

目前PON的网络铺设越来越多。PON网络中的ONU（optical net unit，光网络单元）光模块主要用于ONU BOX（ONU盒子）设备上，对系统设备商来说，对于不同市场的应用和成本考虑，所选用的BOX芯片方案也不同，电路设计也各有差异。因此，存在BOX的PCB设计中产生很强的电源噪声和干扰，在实际测试中会出现ONU光模块在BOSX应用过程中出现SD问题，即光检测信号输出错误的问题，导致输出的LOS/SD信号乱跳或者不跳。

ONU光模块中包括激光发射单元和激光接收单元，激光接收单元包括ROSA（Receiver Optical Subassembly，光接收组件）和限幅放大电路；或者ONU光模块中包括BOSA（Bidirectional Optical Subassembly，双向光组件），BOSA可以进行激光发射和接收。ROSA、或者BOSA中通常包括有光电二极管和TIA。图1示出现有技术的ONU光模块中的光检测信号输出电路，其中，光电二极管（APD）探测到光信号后，TIA（Tranimpedance Amplifier，跨阻放大器）将输出相应的差分电信号；该差分信号被送到差分放大器101，差分放大器101的输出与DAC102输出的阈值电压被输入到比较器103进行比较；比较器103输出的比较结果作为光检测信号，即LOS/SD信号。ONU光模块可以由此信号判断是否需要开启激光发射功能与局端通信。

上述电路进行光检测的原理为：如果ROSA探测到一定功率的光信号，则ROSA中的TIA会输出一定幅度差的差分信号，差分信号的幅度差值越大，则说明接收的光信号的功率越大；差分信号的幅度差值越小，说明接收的光信号的功率越小；若差分信号的幅度差值为零，则表明无光信号。TIA输出的差分信号被送入到差分放大器101，差分放大器101输出的电压与输入的差分信号的幅度差值相关，一般而言，具有正比例关系：输入的差分信号的幅度差值越大，差分放大器101输出的电压越高。差分放大器101输出的电压与阈值电压被输入到比较器103进行比较；若差分放大器101输出的电压高于阈值电压，则说明接收到有效的光信号，输出的光检测信号指示检测到有效光信号；若差分放大器101输出的电压低于阈值电压，则说明没有接收到有效的光信号，输出的光检测信号指示没检测到有效光信号。如果光检测信号具体为SD（Signal Detect，信号检测指示）信号，则SD为高电平时，表示接收到有效的光信号；SD为低电平时，表示没接收到有效的光信号。如果光检测信号具体为LOS（Loss of Signal，信号丢失检测指示）信号，则LOS为高电平时，表示没接收到有效的光信号；LOS为低电平时，表示接收到有效的光信号。在实际应用中，为了防止震荡，一般LOS/SD告警和去告警之间会设置一定的迟滞，比如2～4dB。当检测到的幅度超过预设的门限后产生LOS/SD告警。

然而，现有技术的输出光检测信号的电路经常出现LOS/SD告警异常的现象，即光检测信号输出错误的现象：没接收到有效的光信号，输出指示有光信号的光检测信号；接收到有效的光信号却输出指示无光信号的光检测信号。本发明的发明人对该现象分析如下：

例如，如果将LOS的阈值设置20mV，而TIA输出的差分信号的过冲通常会有45mV，因此LOS/SD将会告警；即当差分信号差值（A-B）超过20mV，而表现出来就是LOS/SD会有一个小脉冲，而此时已没有接收到有效的光信号，从而导致误判，输出了指示接收到有效的光信号的光检测信号。

此外，当BOX板子上电源和地存在的噪声幅度超过50mV，则此噪声可以通过电源，被模块TIA引入，导致无光LOS/SD存在不稳定现象。

因此，现有技术的光检测信号输出方法，会出现误判，而导致光检测信号输出错误的现象。

发明内容

本发明的实施例提供了一种光网络单元光模块，用以提高光检测信号输出的准确性。

根据本发明的一个方面，提供了一种光网络单元光模块，包括：

响应电流检测模块，其电流输入端与所述光模块中的光电二极管的阴极相连，用以检测所述光电二极管输出的响应电流，并根据所述响应电流从其电压输出端输出相应的电压；

微程序控制单元MCU，其电压输入端与所述响应电流检测模块的电压输出端相连，用以检测所述响应电流检测模块输出的电压，根据检测的电压判断是否接收到有效的光信号；并根据判断结果控制光检测信号的输出。

较佳地，所述响应电流检测模块具体包括：电流镜像电路和采样电阻；

所述电流镜像电路的电流输入端与所述光电二极管的阴极相连，所述电流镜像电路的镜像电流输出端通过所述采样电阻接到电源地；所述电流镜像电路的镜像电流输出端与所述采样电阻的连接点为所述响应电流检测模块的电压输出端。

所述MCU根据检测的电压判断是否接收到有效的光信号具体为：

所述MCU若确定检测的电压大于设定的第一阈值，则判断接收到有效的光信号；若确定检测的电压小于设定的第二阈值，则判断没接收到有效的光信号。

进一步，所述光模块还包括：光检测信号输出电路；所述光检测信号输出电路具体为反相器，所述反相器的输入端与所述MCU的光检测信号控制输出端相连；以及

所述MCU根据判断结果控制光检测信号的输出具体为：

所述MCU若判断接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出低电平；若MCU判断没接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出高电平；或者，

所述MCU若判断接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出高电平；若MCU判断没接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出低电平。

或者，所述光检测信号输出电路具体包括：差分放大器、DAC、比较器、逻辑运算器；

其中，所述差分放大器的差分信号输入端与所述光模块中的TIA的差分信号输出端相连；

所述DAC的输入端与所述MCU相连，用以接收所述MCU写入的数据；

所述比较器的一个电压输入端与所述差分放大器的电压输出端相连，所述比较器的另一个电压输入端与所述DAC的输出端相连；

所述逻辑运算器的一个输入端与所述比较器的输出端相连，所述逻辑运算器的另一个输入端与所述MCU的一个控制输出端相连。

所述MCU若确定检测的电压大于设定的第一阈值，则判断接收到有效的光信号，确定当前状态为状态C；

所述MCU若确定检测的电压小于设定的第二阈值，则判断没接收到有效的光信号，确定当前状态为状态A。

所述MCU控制光检测信号的输出具体为：

所述MCU若确定当前状态为状态A，则向所述DAC写入最大数据，并从其控制输出端向所述逻辑运算器输出高电平；

所述MCU若确定当前状态为状态C，则向所述DAC写入最小数据，并从其控制输出端向所述逻辑运算器输出高电平。

本发明实施例根据光电二极管产生的响应电流Ipd来进行有无接收到有效光信号的判断，进而控制光检测信号的输出；由于光电二极管产生的响应电流Ipd不易受到电源或者其它干扰源的影响，从而大大提高了光检测信号输出的准确性，降低光检测信号输出错误的几率，甚至避免光检测信号输出错误的现象。

附图说明

图1为现有技术的ONU光模块中的光检测信号输出电路的示意图；

图2a、2b、2c、2d为本发明实施例的ONU光模块内部电路的框图；

图3为本发明实施例的电流检测模块的内部电路框图；

图4为本发明实施例的光检测信号输出电路的内部电路框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。

本发明的主要思路为，ONU光模块中的光电二极管探测到光信号后会产生与之对应的响应电流Ipd；通过监测Ipd来判断是否接收到有效的光信号，从而输出相应的光检测信号。由于光电二极管产生的响应电流Ipd几乎不受电源、或者其它干扰源的影响，因此，依据Ipd判断是否接收到有效的光信号，输出相应的光检测信号，大大避免了光检测信号错误输出的现象，提高了光检测信号输出的准确性。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例的ONU光模块，如图2a所示，其中包括：ROSA或BOSA、响应电流检测模块402、MCU（Microprogrammed Control Unit，微程序控制单元）403。

ROSA或BOSA中包括光电二极管和TIA；光电二极管在探测到光信号后，输出相应的响应电流Ipd；一般而言，光电二极管探测的光信号的功率越强，则输出的Ipd越大。所述光电二极管具体可以是应用于GPON网络的ONU光模块中的APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管），也可以是应用于EPON网络的ONU光模块中的PIN光电二极管（在P、N结之间加进一个接近本征材料的I区，形成PIN结构的半导体光电探测器）。

光电二极管的阴极与响应电流检测模块402的电流输入端相连，光电二极管输出的Ipd流入到响应电流检测模块402。响应电流检测模块402用以检测Ipd，并根据输入的Ipd从其电压输出端输出相应的电压。也就是说，响应电流检测模块402输出的电压随输入的Ipd的改变而改变，具体地，两者可以是成正比例关系。换言之，响应电流检测模块402输出的电压可以反映出输入的Ipd，进而也就可以反映出光电二极管探测的光信号的功率。

MCU403的一个电压输入端与响应电流检测模块402的电压输出端相连接，用以检测响应电流检测模块402输出的电压。MCU403根据检测的响应电流检测模块402输出的电压，判断是否接收到有效的光信号；MCU403根据判断结果，控制光检测信号的输出。

如图3所示，上述的电流检测模块402中具体包括：电流镜像电路501和采样电阻502。

电流镜像电路501的电流输入端与光电二极管的阴极相连，用以接收光电二极管输出的Ipd。光电二极管输出的Ipd流入电流镜像电路501；电流镜像电路501的镜像电流输出端与采样电阻502相连，Ipd的镜像电流经采样电阻502流入电源地，即电流镜像电路501的镜像电流输出端通过采样电阻502接到电源地。

电流镜像电路501的镜像电流输出端与采样电阻502的连接点作为响应电流检测模块402的电压输出端，从而采样电阻502上的电压即为电流检测模块402的输出电压。MCU403检测电流检测模块402的输出电压，即检测采样电阻502上的电压，而采样电阻502上的电压反映了电流镜像电路501的镜像电流的大小，电流镜像电路501的镜像电流反映了流入的Ipd的大小，也就反映了光电二极管探测的光信号的功率的大小。

MCU403根据检测的响应电流检测模块402输出的电压，判断是否接收到有效的光信号的方法可以是：若MCU403确定检测的电压大于设定的第一阈值，则判断接收到有效的光信号；若MCU403确定检测的电压小于设定的第二阈值，则判断没接收到有效的光信号。本领域技术人员可以根据实际情况设置第一阈值与第二阈值，设置的第一阈值与第二阈值可以相等也可以不等。如果第一阈值与第二阈值不等，则第一阈值与第二阈值之间为迟滞区间。例如，第一阈值为200，第二阈值为100，则MCU403确定检测的电压大于200时，判断接收到有效的光信号；MCU403确定检测的电压小于100时，判断没接收到有效的光信号；100到200之间为迟滞区间。

MCU403控制光检测信号的输出的一种最简易的实现方法如图2b所示，MCU403以其一个输出端口作为光检测信号的输出端口。例如，对于MCU403以其一个输出端口作为SD信号输出端口的情况：MCU403若判断接收到有效的光信号，则从该输出端口输出高电平；若MCU403判断没接收到有效的光信号，则从该输出端口输出低电平。

或者，对于MCU403以其一个输出端口作为LOS信号输出端口的情况：MCU403若判断接收到有效的光信号，则从该输出端口输出低电平，若MCU403判断没接收到有效的光信号，则从该输出端口输出高电平。

进一步，ONU光模块中还包括：光检测信号输出电路404。

光检测信号输出电路404的一种简易实现方法如图2c所示，光检测信号输出电路404即为一个反相器，反相器的输入端与MCU403的光检测信号控制输出端相连。对于光检测信号为SD信号的情况：MCU403若判断接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出低电平，则反相器输出高电平；若MCU403判断没接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出高电平，则反相器输出低电平。

对于光检测信号为LOS信号的情况：MCU403若判断接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出高电平，则反相器输出低电平；若MCU403判断没接收到有效的光信号，则从其光检测信号控制输出端输出低电平，则反相器输出高电平。

光检测信号输出电路404的另一种具体电路如图4所示，包括：差分放大器601、DAC（Digital-to-Analog Converter，数模转换器）602、比较器603、逻辑运算器604。

差分放大器601的差分信号输入端与TIA的差分信号输出端相连，TIA输出的差分信号输入到差分放大器601中；或者，差分放大器601的差分信号输入端通过电容与TIA的差分信号输出端相连，TIA输出的差分信号通过电容耦合到差分放大器601中。差分放大器601根据输入的差分信号的幅度差，从电压输出端输出相应的电压。

DAC602的输入端与MCU403相连，用以接收MCU403写入的数据，并将接收的数据保存在寄存器中，根据接收的数据从其输出端输出相应的电压。

比较器603的一个电压输入端与差分放大器601的电压输出端相连；比较器603的另一个电压输入端与DAC602的输出端相连。

逻辑运算器604的一个输入端与比较器603的输出端相连，逻辑运算器604的另一个输入端与MCU403的一个控制输出端相连；逻辑运算器604的输出端输出的信号即为光检测信号，即逻辑运算器604的输出端输出光检测信号。逻辑运算器604具体可以是与逻辑运算器（或称与门），或者与非逻辑运算器（或称与非门）。

MCU403控制如图4所示的光检测信号输出电路进行光检测信号输出的电路如图2d所示，下面以逻辑运算器604为与逻辑运算器（或称与门）为例，讲述MCU403控制光检测信号输出电路进行光检测信号输出的具体方法：

MCU403根据根据检测的响应电流检测模块402输出的电压的值（或称AD值），确定当前状态，当前状态可以在如下三种状态之间进行转换：第一状态（或称状态A）、第二状态（或称状态B）、第三状态（或称状态C）。MCU403根据确定的当前状态，控制光检测信号的输出。

MCU403根据AD值确定当前状态的方法为：

MCU403若确定AD值大于设定的第一阈值，则判断接收到有效的光信号，确定当前状态为状态C；

MCU403若确定AD值小于设定的第二阈值，则判断没接收到有效的光信号，确定当前状态为状态A；

MCU403若确定AD值小于设定的第三阈值、大于等于第二阈值，且当前状态为状态C，则判断没接收到有效的光信号，并转换当前状态为状态B。

上述的第一阈值大于第三阈值，第三阈值大于第二阈值；例如，第一阈值可以是200、第三阈值可以是100、第二阈值可以是60。

上述的状态B，为状态A和状态C之间的迟滞状态，避免光检测信号输出的震荡，并便于状态A和状态C之间的切换。

MCU403根据确定的当前状态，控制光检测信号的输出的方法为：

若MCU403确定当前状态为状态A，则：MCU403向DAC602写入最大数据（例如写入255），并从其控制输出端向逻辑运算器604输出高电平；这样，DAC602输出的阈值电平为最大值，差分放大器601输出的电压再大也小于DAC602输出的阈值电平，从而比较器603输出为低电平；由于比较器603输出为低电平，则与逻辑运算器输出低电平，即光检测信号输出低电平，用以指示没有接收到有效光信号。

若MCU403确定当前状态为状态B，则：MCU403向DAC602写入最小数据（例如写入0），并从其控制输出端向逻辑运算器604输出低电平；这样，DAC602输出的阈值电平为最小值，差分放大器601输出的电压再小也大于DAC602输出的阈值电平，从而比较器603输出为高电平；由于MCU403向与逻辑运算器输出低电平，则与逻辑运算器输出低电平，即光检测信号输出低电平，用以指示没有接收到有效光信号。

若MCU403确定当前状态为状态C，则：MCU403向DAC602写入最小数据（例如写入0），并从其控制输出端向逻辑运算器604输出高电平；这样，DAC602输出的阈值电平为最小值，差分放大器601输出的电压再小也大于DAC602输出的阈值电平，从而比较器603输出为高电平；由于比较器603输出高电平，且MCU403向与逻辑运算器也输出高电平，则与逻辑运算器输出高电平，即光检测信号输出高电平，用以指示接收到有效光信号。

上述是以光检测信号具体为SD信号为例，讲述的MCU403在状态A、B、C下的控制逻辑；显然，本领域技术人员可以根据本发明公开的内容，轻而易举地实现光检测信号具体为LOS信号，或者逻辑运算器604为与非门的情况下的控制逻辑。或者，本领域技术人员也可采用其它的控制逻辑。因此，依据AD值控制光检测信号的输出的各种控制逻辑都应视为本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种光网络单元光模块，包括：

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述响应电流检测模块具体包括：电流镜像电路和采样电阻；

3.如权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，

4.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，还包括：光检测信号输出电路；所述光检测信号输出电路具体为反相器，所述反相器的输入端与所述MCU的光检测信号控制输出端相连；以及

所述MCU根据判断结果控制光检测信号的输出具体为：

5.如权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，还包括：光检测信号输出电路；所述光检测信号输出电路具体包括：差分放大器、DAC、比较器、逻辑运算器；

6.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述逻辑运算器具体为与逻辑运算器，或者与非逻辑运算器。

7.如权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述MCU根据检测的电压判断是否接收到有效的光信号具体为：

8.如权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述MCU控制光检测信号的输出具体为：

9.如权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述MCU根据检测的电压判断是否接收到有效的光信号还包括：

所述MCU若确定检测的电压小于设定的第三阈值、大于等于第二阈值，且当前状态为状态C，则判断没接收到有效的光信号，并转换当前状态为状态B。

10.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述MCU控制光检测信号的输出还包括：

所述MCU若确定当前状态为状态B，则MCU向所述DAC写入最小数据，并从其控制输出端向所述逻辑运算器输出低电平。

11.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，第一阈值大于第三阈值，第三阈值大于第二阈值。

12.如权利要求1-6任一所述的光模块，其特征在于，所述光检测信号为LOS信号或SD信号。