CN103236883A - Gpon远端系统及数字诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GPON远端系统及数字诊断方法，涉及GPON远端系统领域，该GPON远端系统包括GPON片上系统和BOSA驱动电路，GPON片上系统通过I2C接口、串并转换接口与BOSA驱动电路相连，BOSA驱动电路包括BOSA、驱动芯片和升压电路，BOSA包括激光器、探测器和分光片，驱动芯片包括DAC、激光器驱动模块、自动功率控制模块、自动增益控制模块、限幅放大器、ADC、寄存器和第一I2C接口，GPON片上系统包括PON接口模块、CPU、串并转换接口和第二I2C接口。本发明能简化数字诊断上报流程，提高光接口采集电路的模数转换精度，还能够兼容传统光模块型GPON远端系统。
Description
技术领域
本发明涉及GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Network，吉比特无源光网络）远端系统领域，特别是涉及一种GPON远端系统及数字诊断方法。
背景技术
目前，主流PON（Passive Optical Network，无源光网络）技术已经取得了明显进展并开始大规模部署。EPON（Ethernet PassiveOptical Network，以太网无源光网络）、GPON技术在技术标准、设备功能与性能均已趋近相同。随着中国移动等电信运营商对GPON远端系统的大规模采集，GPON远端设备成本向EPON远端设备成本靠拢的趋势也日益明朗，这对设备供应商提出了严峻的降成本要求。由于GPON远端系统中光模块成本约占总成本的35%，省去了光模块辅料的BOB（Bi-directional Optical Subassembly On Broad，光收发子器件在板）型GPON远端系统渐渐成为各系统设备提供商的主流方案。但此类低成本GPON远端系统中，光接口数字诊断功能仍沿用针对SFF-8472（SFF Committee：Diagnostic Monitoring Interface forOptical Transceivers，光模块的数字诊断接口协议）协议，该协议要求光接口按照固定的格式与精度向系统上报各数字诊断参数，而不同的光模块驱动芯片ADC（Analog-Digital Converter，模拟-数字转换器）转换精度与数字量存储格式也不尽相同。一般是通过MCU将寄存器中数字量转换为符合SFF-8472协议规定的精度与计算格式，并存储在MCU内部A0、A2寄存器中，供GPON ONU（Optical Network Unit，光网络单元）系统软件计算成实际值；GPON ONU从MCU中读取符合SFF-8472协议的参数，将这些参数按照SFF-8472给出的公式还原成实际值，并上报给局端。总之，现有BOSA（Bi-directional OpticalSubassembly，光收发子器件）在板型GPON ONU的数字诊断功能十分繁琐。当驱动芯片中存储的数字诊断参数按照SFF-8472协议转存至MCU（Micro Control Unit，微控制单元）中时，由于校准时的位移操作而导致精度不高。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种GPON远端系统及数字诊断方法，能简化数字诊断上报流程，提高光接口采集电路的模数转换精度，还能够兼容传统光模块型GPON远端系统。
本发明提供的GPON远端系统，包括GPON片上系统和BOSA驱动电路，GPON片上系统通过内部整合电路I2C接口、串并转换接口与BOSA驱动电路相连，I2C接口用于在GPON片上系统与驱动芯片间实现数据交互；I2C接口包括时钟信号接口和数据信号接口；串并转换接口用于在驱动芯片、GPON片上系统之间传递高速数字信号：发光使能信号、发射正负信号对、接收正负信号对和信号丢失告警；串并转换接口包括发光使能接口、信号丢失告警接口、发射正负信号对数据线和接收正负信号对数据线；
BOSA驱动电路包括BOSA、驱动芯片和升压电路，BOSA包括激光器、探测器和分光片，驱动芯片包括DAC、激光器驱动模块、自动功率控制模块、自动增益控制模块、限幅放大器、ADC、寄存器和第一I2C接口，GPON片上系统包括PON接口模块、CPU、串并转换接口和第二I2C接口，升压电路分别与BOSA中的探测器、驱动芯片中的DAC相连，自动功率控制模块分别与激光器驱动模块、ADC相连，自动增益控制模块与限幅放大器相连，激光器驱动模块与限幅放大器两者独立，分别通过内部总线与ADC相连，ADC与寄存器相连，寄存器与驱动芯片中的第一I2C接口相连；GPON片上系统中的PON接口模块通过串并转换接口分别与激光器驱动模块、限幅放大器、自动增益控制模块相连：PON接口模块通过发光使能接口、发射正负信号对数据线与激光器驱动模块相连，PON接口模块通过接收正负信号对数据线与限幅放大器相连，PON接口模块通过信号丢失告警接口与自动增益控制模块相连；PON接口模块和CPU均通过总线与GPON片上系统的第二I2C接口相连，驱动芯片中的第一I2C接口与GPON片上系统的第二I2C接口相连，其中：
BOSA，用于：进行光电与电光转换；
驱动芯片，用于：处理BOSA收发电信号，向激光器提供工作电流，采集数字诊断信息，并通过第一I2C接口向GPON片上系统传递数字诊断信息；
GPON片上系统，用于：通过第二I2C接口对驱动芯片进行初始化；
升压电路，用于：给探测器中的雪崩二极管提供反向偏压；
激光器，用于：将驱动芯片发出的高速电信号转为强度随电平变化的上行光信号发出；
分光片，用于：接收激光器发出的上行光信号，对上行光信号进行滤波后送至光纤，不影响发射光信号光路；将来自光纤的下行光信号反射至探测器接收面；
探测器，用于：接收分光器反射的下行光信号，并将其转换为高速电信号输入驱动芯片；
DAC，用于：给探测器、升压电路提供可调的电压值，电压值由寄存器中温度查找表控制；
激光器驱动模块，用于：将GPON片上系统的PON接口模块提供的高速电信号：发光使能信号和发射正负信号对，转换为激光器偏置电流和激光器调制电流，驱动BOSA中的激光器发出相干光；
自动功率控制模块，用于：通过采集激光器输出的背光电流Impd，监控激光器的发射光功率，当反馈的背光电流Impd与预设值偏差大于指定范围时，自动功率控制模块控制激光器驱动模块调整激光器偏置电流，直到激光器输出的背光电流Impd与预设值偏差在允许范围内为止；
自动增益控制模块，用于：用于接收探测器发出的电压信号，并放大至规定幅度，将宽范围的输入电压转为较稳定的电压信号，并产生接收信号的强度指示RSSI，监控来自探测器的输入电压，实现SFF-8472中规定的接收光功率值数字诊断功能：当输入自动增益控制模块的电压低于预先设定的阈值时，自动增益控制模块通过信号丢失告警接口输出信号丢失告警到GPON片上系统的PON接口模块；
限幅放大器，用于：接收BOSA中的探测器发出的接收正负信号对，将接收正负信号对进行放大、整形，通过接收正负信号对数据线传至GPON片上系统的PON接口模块；
ADC，用于：将数字诊断需监控的模拟量转换为数字量；
寄存器，用于：存储DAC所需的温度查找表和ADC发来的数据；
PON接口模块，用于：通过串并转换接口与驱动芯片进行串并转换信号的交互；
CPU，用于：处理PON接口模块中的数据和中断信号、调度I2C接口传输的数据和中断信号。
在上述技术方案的基础上，激光器、探测器和分光片采用金属结构件封装为一体，相互独立工作。
在上述技术方案的基础上，GPON片上系统还与外围电路相连。
在上述技术方案的基础上，BOSA驱动电路还与外部的光功率计相连。
本发明还提供一种上述GPON远端系统中的数字诊断方法，包括以下步骤：
S1、BOSA采集工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器背光电流、探测器监控电流，发送到驱动芯片；
S2、驱动芯片根据激光器背光电流、探测器监控电流计算出激光器发射光功率、探测器接收光功率，将工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器发射光功率、探测器接收光功率发送到ADC，ADC将工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器发射光功率、探测器接收光功率转换为数字量存入寄存器；
S3、GPON片上系统的CPU通过I2C接口直接读取驱动芯片的寄存器中的数字量，按照数模转换算法将这些数字量换算成数字诊断参数实际值后，CPU通过内部总线将数字诊断参数实际值写入系统内存的FLASH特定日志文件中；
S4、GPON片上系统直接从系统内存的FLASH特定文件中读取数字诊断参数实际值，当网管向ONU下达上报偏置电流数据的指令时，GPON片上系统将读取的数字诊断参数实际值通过ONU管理控制接口协议OMCI上报给局端。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中还包括以下步骤：将BOSA驱动电路整合到GPON远端系统的印刷电路板PCB上，在光接口驱动代码中加入I2C接口函数，I2C接口函数接收GPON片上系统的第二I2C接口发出的指令，允许GPON片上系统通过第二I2C接口直接访问存储数字诊断参数的寄存器。
在上述技术方案的基础上，步骤S3中使用型号为NT25L90的驱动芯片时，激光器工作偏置电流存储在该驱动芯片内的16-bit偏置电流模数转换寄存器中，GPON片上系统的CPU以轮询的方式，通过第二I2C接口读取该偏置电流模数转换寄存器中最高有效位和最低有效位中的数据，按照驱动芯片提供的计算公式将单位为毫安的偏置电流值计算出来，并存储到系统内存的FLASH日志文件中。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
本发明将BOSA在板型GPON远端系统的光模块中控制芯片MCU的功能整合进GPON远端系统的PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）上，CPU（Central Processing Unit，中央处理器）通过私有协议直接从光接口的信号采集电路中获取光接口数字参数，实现对光接口指标的调试与监控，校准过程无需MCU参与，能简化数字诊断上报流程，提高光接口采集电路的模数转换精度，还能够兼容传统光模块型GPON远端系统。
附图说明
图1是本发明实施例中GPON远端系统的结构框图。
图2是本发明实施例中BOSA驱动电路和GPON片上系统的结构框图。
图3是本发明实施例中数字诊断方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1所示，本发明实施例提供一种GPON远端系统，包括GPON片上系统和BOSA驱动电路，GPON片上系统通过I2C（Inter－Integrated Circuit，内部整合电路）接口、串并转换接口与BOSA驱动电路相连，I2C接口包括SCL（Serial Clock，时钟信号）接口和SDA（Serial Data，数据信号）接口，I2C接口用于在GPON片上系统与驱动芯片间实现数据交互；串并转换接口包括发光使能接口、信号丢失告警接口、发射正负信号对数据线和接收正负信号对数据线，串并转换接口用于在驱动芯片、GPON片上系统之间传递高速数字信号：BEN（Burst Enable，发光使能）信号、TXIN+/-（Transmit signalinput+/-，发射正负信号对）、RXOUT+/-（receive signal output+/-，接收正负信号对）和LOS（Lose of Singal，信号丢失）告警，GPON片上系统还与外围电路相连，BOSA驱动电路还与外部的光功率计相连。
参见图2所示，BOSA驱动电路包括BOSA、驱动芯片和升压电路，BOSA包括激光器、探测器和分光片，激光器、探测器和分光片采用金属结构件封装为一体，相互独立工作；驱动芯片包括DAC（Digital-Analog Converter，数字-模拟转换器）、激光器驱动模块、自动功率控制模块、自动增益控制模块、限幅放大器、ADC、寄存器和第一I2C接口；GPON片上系统包括PON接口模块、CPU、串并转换接口和第二I2C接口，升压电路分别与BOSA中的探测器、驱动芯片中的DAC相连，自动功率控制模块分别与激光器驱动模块、ADC相连，自动增益控制模块与限幅放大器相连，激光器驱动模块与限幅放大器两者独立，分别通过内部总线与ADC相连，ADC与寄存器相连，寄存器与驱动芯片中的第一I2C接口相连；GPON片上系统中的PON接口模块通过串并转换接口分别与激光器驱动模块、限幅放大器、自动增益控制模块相连：PON接口模块通过发光使能接口、发射正负信号对数据线与激光器驱动模块相连，PON接口模块通过接收正负信号对数据线与限幅放大器相连，PON接口模块通过信号丢失告警接口与自动增益控制模块相连；PON接口模块和CPU均通过总线与GPON片上系统的第二I2C接口相连，驱动芯片中的第一I2C接口与GPON片上系统的第二I2C接口相连，其中：
BOSA，用于：进行光电与电光转换；
驱动芯片，用于：处理BOSA收发电信号，向激光器提供工作电流，采集数字诊断信息，并通过第一I2C接口向GPON片上系统传递数字诊断信息；
GPON片上系统，用于：通过第二I2C接口对驱动芯片进行初始化；
升压电路，用于：给探测器中的雪崩二极管提供反向偏压；
激光器，用于：将驱动芯片发出的高速电信号转为强度随电平变化的上行光信号发出；
分光片，用于：接收激光器发出的上行光信号，对上行光信号进行滤波后送至光纤，不影响发射光信号光路；将来自光纤的下行光信号反射至探测器接收面；
探测器，用于：接收分光器反射的下行光信号，并将其转换为高速电信号输入驱动芯片；
DAC，用于：给探测器、升压电路提供可调的电压值，电压值由寄存器中温度查找表控制；
激光器驱动模块，用于：将GPON片上系统的PON接口模块提供的高速电信号：发光使能信号和发射正负信号对，转换为激光器偏置电流和激光器调制电流，驱动BOSA中的激光器发出相干光；
自动功率控制模块，用于：通过采集激光器输出的背光电流Impd，监控激光器的发射光功率，当反馈的背光电流Impd与预设值偏差大于指定范围时，自动功率控制模块控制激光器驱动模块调整激光器偏置电流，直到激光器输出的背光电流Impd与预设值偏差在允许范围内为止；
自动增益控制模块，用于：用于接收探测器发出的电压信号，并放大至规定幅度。由于探测器接收到的光信号强度会动态变化，从探测器出来的电压强度也是变化的，自动增益控制模块将宽范围的输入电压转为较稳定的电压信号，并产生RSSI（Received Signal StrengthIndicator，接收信号的强度指示），监控来自探测器的输入电压，实现SFF-8472中规定的接收光功率值数字诊断功能：当输入自动增益控制模块的电压低于预先设定的阈值时，自动增益控制模块通过信号丢失告警接口输出信号丢失告警到GPON片上系统的PON接口模块；
限幅放大器，用于：接收BOSA中的探测器发出的接收正负信号对，将接收正负信号对进行放大、整形，通过接收正负信号对数据线传至GPON片上系统的PON接口模块；
ADC，用于：将数字诊断需监控的模拟量转换为数字量；
寄存器，用于：存储DAC所需的温度查找表与ADC发来的数据；
PON接口模块，用于：通过串并转换接口与驱动芯片进行串并转换信号的交互；
CPU，用于：处理PON接口模块中的数据和中断信号、调度I2C接口传输的数据和中断信号。
参见图3所示，本发明实施例还提供一种上述GPON远端系统中的数字诊断方法，包括以下步骤：
S1、将BOSA驱动电路整合到GPON远端系统的PCB（PrintedCircuit Board，印刷电路板）上，在光接口驱动代码中加入I2C接口函数，I2C接口函数接收GPON片上系统的第二I2C接口发出的指令，允许GPON片上系统通过第二I2C接口直接访问存储数字诊断参数的寄存器；BOSA采集工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器背光电流、探测器监控电流等模拟量，发送到驱动芯片；
S2、驱动芯片根据激光器背光电流、探测器监控电流计算出激光器发射光功率、探测器接收光功率，将工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器发射光功率、探测器接收光功率发送到ADC，ADC将工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器发射光功率、探测器接收光功率转换为数字量存入寄存器；
S3、GPON片上系统的CPU通过I2C接口直接读取驱动芯片的寄存器中的数字量，按照数模转换算法将这些数字量换算成数字诊断参数实际值后，CPU通过内部总线将数字诊断参数实际值写入系统内存的FLASH（Flash EEPROM Memory，闪存）日志文件中；具体的数模转换算法因使用的驱动芯片而略有差异，当使用Nanotech厂家生产的型号为NT25L90的驱动芯片时，激光器工作偏置电流存储在该驱动芯片内的16-bit偏置电流模数转换寄存器中，GPON片上系统的CPU以轮询的方式，通过第二I2C接口读取该偏置电流模数转换寄存器中MSB（Most Significant Bit，最高有效位）和LSB（LeastSignificant Bit，最低有效位）中的数据，按照驱动芯片提供的计算公式将单位为mA（毫安）的偏置电流值计算出来并存储到系统内存的FLASH日志文件中；
S4、GPON片上系统直接从系统内存的FLASH特定文件中读取数字诊断参数实际值，当网管向ONU下达上报偏置电流数据的指令时，GPON片上系统将读取的数字诊断参数实际值通过OMCI（ONUManagement and Control Interface，ONU管理控制接口）协议上报给局端。
本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型属在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种GPON远端系统，包括GPON片上系统和BOSA驱动电路，其特征在于：GPON片上系统通过内部整合电路I2C接口、串并转换接口与BOSA驱动电路相连，I2C接口用于在GPON片上系统与驱动芯片间实现数据交互；I2C接口包括时钟信号接口和数据信号接口；串并转换接口用于在驱动芯片、GPON片上系统之间传递高速数字信号：发光使能信号、发射正负信号对、接收正负信号对和信号丢失告警；串并转换接口包括发光使能接口、信号丢失告警接口、发射正负信号对数据线和接收正负信号对数据线；
BOSA驱动电路包括BOSA、驱动芯片和升压电路，BOSA包括激光器、探测器和分光片，驱动芯片包括DAC、激光器驱动模块、自动功率控制模块、自动增益控制模块、限幅放大器、ADC、寄存器和第一I2C接口，GPON片上系统包括PON接口模块、CPU、串并转换接口和第二I2C接口，升压电路分别与BOSA中的探测器、驱动芯片中的DAC相连，自动功率控制模块分别与激光器驱动模块、ADC相连，自动增益控制模块与限幅放大器相连，激光器驱动模块与限幅放大器两者独立，分别通过内部总线与ADC相连，ADC与寄存器相连，寄存器与驱动芯片中的第一I2C接口相连；GPON片上系统中的PON接口模块通过串并转换接口分别与激光器驱动模块、限幅放大器、自动增益控制模块相连：PON接口模块通过发光使能接口、发射正负信号对数据线与激光器驱动模块相连，PON接口模块通过接收正负信号对数据线与限幅放大器相连，PON接口模块通过信号丢失告警接口与自动增益控制模块相连；PON接口模块和CPU均通过总线与GPON片上系统的第二I2C接口相连，驱动芯片中的第一I2C接口与GPON片上系统的第二I2C接口相连，其中：
BOSA，用于：进行光电与电光转换；
驱动芯片，用于：处理BOSA收发电信号，向激光器提供工作电流，采集数字诊断信息，并通过第一I2C接口向GPON片上系统传递数字诊断信息；
GPON片上系统，用于：通过第二I2C接口对驱动芯片进行初始化；
升压电路，用于：给探测器中的雪崩二极管提供反向偏压；
激光器，用于：将驱动芯片发出的高速电信号转为强度随电平变化的上行光信号发出；
分光片，用于：接收激光器发出的上行光信号，对上行光信号进行滤波后送至光纤，不影响发射光信号光路；将来自光纤的下行光信号反射至探测器接收面；
探测器，用于：接收分光器反射的下行光信号，并将其转换为高速电信号输入驱动芯片；
DAC，用于：给探测器、升压电路提供可调的电压值，电压值由寄存器中温度查找表控制；
激光器驱动模块，用于：将GPON片上系统的PON接口模块提供的高速电信号：发光使能信号和发射正负信号对，转换为激光器偏置电流和激光器调制电流，驱动BOSA中的激光器发出相干光；
自动功率控制模块，用于：通过采集激光器输出的背光电流Impd，监控激光器的发射光功率，当反馈的背光电流Impd与预设值偏差大于指定范围时，自动功率控制模块控制激光器驱动模块调整激光器偏置电流，直到激光器输出的背光电流Impd与预设值偏差在允许范围内为止；
自动增益控制模块，用于：用于接收探测器发出的电压信号，并放大至规定幅度，将宽范围的输入电压转为较稳定的电压信号，并产生接收信号的强度指示RSSI，监控来自探测器的输入电压，实现SFF-8472中规定的接收光功率值数字诊断功能：当输入自动增益控制模块的电压低于预先设定的阈值时，自动增益控制模块通过信号丢失告警接口输出信号丢失告警到GPON片上系统的PON接口模块；
限幅放大器，用于：接收BOSA中的探测器发出的接收正负信号对，将接收正负信号对进行放大、整形，通过接收正负信号对数据线传至GPON片上系统的PON接口模块；
ADC，用于：将数字诊断需监控的模拟量转换为数字量；
寄存器，用于：存储DAC所需的温度查找表和ADC发来的数据；
PON接口模块，用于：通过串并转换接口与驱动芯片进行串并转换信号的交互；
CPU，用于：处理PON接口模块中的数据和中断信号、调度I2C接口传输的数据和中断信号。
2.如权利要求1所述的GPON远端系统，其特征在于：所述激光器、探测器和分光片采用金属结构件封装为一体，相互独立工作。
3.如权利要求1所述的GPON远端系统，其特征在于：所述GPON片上系统还与外围电路相连。
4.如权利要求1所述的GPON远端系统，其特征在于：所述BOSA驱动电路还与外部的光功率计相连。
5.权利要求1至4中任一项所述GPON远端系统中的数字诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、BOSA采集工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器背光电流、探测器监控电流，发送到驱动芯片；
S2、驱动芯片根据激光器背光电流、探测器监控电流计算出激光器发射光功率、探测器接收光功率，将工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器发射光功率、探测器接收光功率发送到ADC，ADC将工作温度、工作电压、激光器偏置电流、激光器发射光功率、探测器接收光功率转换为数字量存入寄存器；
S3、GPON片上系统的CPU通过I2C接口直接读取驱动芯片的寄存器中的数字量，按照数模转换算法将这些数字量换算成数字诊断参数实际值后，CPU通过内部总线将数字诊断参数实际值写入系统内存的FLASH特定日志文件中；
S4、GPON片上系统直接从系统内存的FLASH特定文件中读取数字诊断参数实际值，当网管向ONU下达上报偏置电流数据的指令时，GPON片上系统将读取的数字诊断参数实际值通过ONU管理控制接口协议OMCI上报给局端。
6.如权利要求5所述GPON远端系统中的数字诊断方法，其特征在于：步骤S1中还包括以下步骤：将BOSA驱动电路整合到GPON远端系统的印刷电路板PCB上，在光接口驱动代码中加入I2C接口函数，I2C接口函数接收GPON片上系统的第二I2C接口发出的指令，允许GPON片上系统通过第二I2C接口直接访问存储数字诊断参数的寄存器。
7.如权利要求5或6所述GPON远端系统中的数字诊断方法，其特征在于：步骤S3中使用型号为NT25L90的驱动芯片时，激光器工作偏置电流存储在该驱动芯片内的16-bit偏置电流模数转换寄存器中，GPON片上系统的CPU以轮询的方式，通过第二I2C接口读取该偏置电流模数转换寄存器中最高有效位和最低有效位中的数据，按照驱动芯片提供的计算公式将单位为毫安的偏置电流值计算出来，并存储到系统内存的FLASH日志文件中。
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