CN104993863B - 网络通讯设备测试用的光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网络通讯设备测试用的光模块，其包括：微控制单元；信号再生单元，其与所述微控制单元电连接，所述信号再生单元与微控制单元通过一电接口连接至待测设备；其中，所述信号再生单元通过所述电接口接收待测设备发来的测试信号，并将所述测试信号经过限幅放大后通过所述电接口发送至待测设备；所述微控制单元通过所述电接口接收待测设备发来的控制信号，并基于所述控制信号对所述信号再生单元进行实时监控。本发明所述光模块专供交换机等网络通讯设备测试使用，其精简了传统光模块的光学链路元器件，大幅度降低了生产成本，同时还兼容百兆、千兆、万兆级速率，不需要插拔光纤，直接实现数据回环，带有数据再生，信号均衡的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光模块。更具体地说，本发明涉及一种用于交换机、路由器等网络通讯设备上测试用的光模块。
背景技术
光模块是一种提供光电－电光转换能力的集成化通讯配件，支持SONET、GigabitEthernet、光纤通道(Fiber Channel)以及一些其他通信标准，广泛应用于骨干网、城域网、接入网、数据中心等存在通讯需求的市场。其封装形式包含GBIC、SFF、SFP、XFP、QSFP、CFP等。
光模块作为通讯协议的最底层组件(媒介相关层)，无法单独使用，必须配合交换机设备使用。同时，光模块也是交换机设备的重要配件。生产交换机的厂商，在设备出厂前，必须将所有光模块接口插入光模块，以测试其整机的功能和可靠性。小型纯光口交换机，一般包含24或48个光模块接口，中型或大型交换机的光模块接口则远远大于这一数字。交换机知名厂商包括：思科、华为、中兴、阿尔卡特、惠普、TP-LINK、D-LINK等等。按照以太网交换机测试方法YDT 1141-2007，以太网交换机技术要求YDT 1099-2005，的相关规定，需要对交换机做如下项目测试：
⑴接口功能、⑵设备功能、⑶管理功能、⑷业务功能、⑸设备可靠性、⑹设备功率、⑺后台维护管理、⑻系统恢复时间和设备故障恢复时间、⑼吞吐量测试、⑽突发长度测试、⑾过负荷测试、⑿转发速率测试、⒀地址缓存能力测试、⒁交换机时延测试、⒂交换机时延抖动测试、⒃交换机丢包率测试、⒄生成树协议测试、⒅SNMP及通用Trap协议测试、⒆电气安全测试、⒇环境测试；
上述测试项目中，所有涉及到通讯、电气性能的测试项目，均需要安装光模块，并连接光纤后才能进行测试。常规光模块的内部结构框图如图1所示，包含光发射机、光接收机和微控制器三个主要部件。其中，光发射机和光接收机的成本约占光模块总成本的60％-80％，且工作寿命一般在3～5年。
图2示出了采用现有光模块进行交换机网络通讯设备测试的示意图，在测试过程中，交换机发送测试电信号到光模块的光发射机，所述光发射机将该测试电信号转换为光信号后从与之连接的光纤输出，所述光信号接着又通过与光模块的光接收机连接的光纤环回到光模块中，光接收机将接收到的光信号转换为电信号，然后该电信号发送至交换机，完成信号传输。可见，采用这种光模块进行交换机测试时，缺陷之一是光纤插拔操作繁杂，人工劳动量大大增加。频繁的插拔光纤，也会造成光模块端面损伤和加速老化。
进一步的是，目前市场上的常规光模块，主要为SFP光模块和XFP光模块，主要应用于百兆、千兆、万兆级通讯领域，为市场主流需求。
其中图3示出了20Km，千兆级SFP光模块的性能参数图，图4示出了10Km，万兆级XFP光模块的性能参数图，交换机在使用这些光模块测试其性能时，主要关注数据速率、功耗、电压等指标。使用常规光模块测试，除了成本高以外，尚有如下缺点：
①由于光模块生产厂商不同，其功耗值无法达到或接近交换机协议的额定值，难以验证交换机的电源驱动能力；
②千兆级和万兆级光模块无法通用，数据速率无法相互兼容，导致测试用的光模块数量需求和种类需求成倍增加；
③普通光模块无指示灯等设计，无法直观、快速的获得光模块状态。
处于对成本的考虑，设备厂商一般有以下两种解决方案：
一、使用电缆(cable)类光模块进行设备测试。电缆类光模块成本较常规光模块下降约40％，带有固定的电缆，无须进行光纤插拔。但是，电缆类光模块十分笨重，功耗一般只能达到协议额定值小的30％，无法完整的对设备性能进行测试；
二、使用自回环光模块进行测试，该类光模块设计核心思想即取消光学链路所涉及到的元件，将收发信号通过电容直接进行交流耦合。这在一定程度上解决了上述的几点重要问题；但是，自回环光模块由于只是对收发信号进行了简单的回环，缺在许多致命的缺陷，在使用上受到了极大的限制。
图5为市场上现有的自回环光模块原理框图，图6为自回环光模块的信号耦合电路原理图，然而现有的自回环光模块采用无源电路做信号耦合，其具有以下缺陷：
①无法指示信号丢失，即不能提供软硬件的LOS信号指示；②由于无源耦合，不会重生信号，因此相当于交换机设备的印制电路板信号线长度增加了一倍，这会造成极大的衰减，导致信号严重劣化，无法用于万兆级通讯测试；③无法处理Tx-disable信号；④无法提供收端信号静噪功能；⑤由于①③点的存在，该模块无法模拟常规光模块的监控功能，会在使用时造成较大差异，无法达到对交换机的通讯测试目的。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种网络通讯设备测试用的光模块，其精简了传统光模块的光学链路元器件，大幅度降低了生产成本，同时还兼容百兆、千兆、万兆级速率，不需要插拔光纤，直接实现数据回环，带有数据再生，信号均衡的功能。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了以下技术方案：
一种网络通讯设备测试用的光模块，其包括：
微控制单元；
信号再生单元，其与所述微控制单元电连接，所述信号再生单元与微控制单元通过一电接口连接至待测设备；其中，
所述信号再生单元通过所述电接口接收待测设备发来的测试信号，并将所述测试信号经过限幅放大后通过所述电接口发送至待测设备；
所述微控制单元通过所述电接口接收待测设备发来的控制信号，并基于所述控制信号对所述信号再生单元进行实时监控。
优选的是，所述信号再生单元采用宽带限幅放大器或是均衡器构成。
优选的是，所述信号再生单元采用宽带限幅放大器ONET1151P芯片构成的电路。
优选的是，所述电接口为20管脚的SFP小型可热插拔光电收发模块电接口。
优选的是，所述电接口包括使待测设备与所述微控制单元进行通讯连接的IIC总线接口。
优选的是，所述网络通讯设备测试用的光模块还包括：电阻网络单元，其由多个电阻并联组成，并联后的多个电阻一端接地，另一端通过一开关管连接到电源单元；其中，
所述微控制单元还包括通过所述电接口接收待测设备发来的功耗控制指令，并基于所述功耗控制指令控制所述开关管的通断。
优选的是，所述网络通讯设备测试用的光模块还包括：指示单元，所述指示单元包括指示电源状态的第一LED灯、指示通讯信号状态的第二LED灯以及指示功耗控制状态的第三LED灯，其中
所述第二LED灯基于所述微控制单元是否有检测到ONET1151P芯片产生信号丢失的LOS信号进行亮灭动作，当检测到ONET1151P芯片有产生LOS信号时，所述第二LED灯亮，反之则灭；所述第三LED灯基于所述微控制单元控制所述开关管的通断进行亮灭动作，当微控制单元控制开关管导通时，电阻网络单元投入，所述第三LED灯亮，反之则灭。
优选的是，所述微控制单元采用SFP小型可热插拔光电收发模块电接口中的Tx-Disable管脚对所述开关管进行通断控制。
优选的是，所述开关管采用金属氧化物半导体场效应晶体管。
优选的是，所述微控制单元在其存储器内的寄存器表A2H区域内，使用114字节作为管脚状态检测字节，使用115字节作为管脚状态控制字节。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明所述的光模块设计，简化了现有光模块的结构，提供了符合光模块协议标准的硬件、软件接口，大幅度降低设计和制造成本，专用于交换机、路由器类设备的功能、性能测试、检验；同时针对交换机、路由器类网络通讯设备测试需求，增加了更加直观的指示灯，并提供硬件管脚的程序控制接口，无须插拔光纤，有效改善交换机、路由器类设备测试时的繁杂操作，大幅度提高其生产效率；进一步的是，本发明所述光模块不同于市场上测试用的自回环光模块，加入了信号重生、放大电路(即信号再生单元)，保证万兆级速率下，通讯信号质量不会因为印制电路板的衰减而产生数据错误。同时，该光模块支持更高的带宽，并在速度上兼容百兆、千兆、万兆级交换机测试需求。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为现有技术的光模块内部结构框图；
图2为采用现有光模块进行交换机网络通讯设备测试的示意图；
图3为20Km，千兆级SFP光模块性能参数图；
图4为10Km，万兆级XFP光模块性能参数图；
图5为现有的自回环光模块原理框图；
图6为自回环光模块的信号耦合电路原理图；
图7为本发明所述光模块的原理框图；
图8为本发明用作信号再生单元的宽带限幅放大器ONET1151P芯片的典型电路应用示意图；
图9为SFP小型可热插拔光电收发模块的引脚定义图；
图10为SFF-8472定义的A0H及A2H寄存器表图；
图11为本发明自定义监控寄存器详细信息图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
结合图7所示，本发明提供了一种网络通讯设备测试用的光模块，其包括：微控制单元；信号再生单元，其与所述微控制单元电连接，所述信号再生单元与微控制单元通过一电接口连接至待测设备；其中，所述信号再生单元通过所述电接口接收待测设备发来的测试信号，并将所述测试信号经过限幅放大后通过所述电接口发送至待测设备；所述微控制单元通过所述电接口接收待测设备发来的控制信号，并基于所述控制信号对所述信号再生单元进行实时监控。从上述方案可看到，本发明所述的光模块不再内置光发射机、光接收机等光学链路，降低了模块成本，也不再采用现有的由分立元件构成的信号耦合无源电路，而采用信号再生有源电路，抵消了印制电路板的信号衰减。所谓信号再生即是将经过线路传输受到失真和干扰等损伤信号重新形成原传输信号的过程。
本发明在常规光模块基础上，取消了光学链路，改为电路回环，这从设计上节省了成本最高的光学器件。为了抵消印制电路板的信号衰减，实现对百兆、千兆、万兆级速率兼容，加入了信号恢复元器件(即上述所说的信号再生单元)，保证信号质量不会因为通道传输而降低。
上述方案中，所述信号再生单元优先采用宽带限幅放大器或是均衡器构成。更优选的是，所述信号再生单元采用宽带限幅放大器ONET1151P芯片构成的电路。即本发明在硬件部分设计中，加入信号恢复和再生的功能，采用芯片级解决方案，对于信号质量的改善非常明显。本发明选用宽带限幅放大器或者均衡器作为信号恢复器件，带宽支持百兆、千兆、万兆级速率；支持信号预加重，信号关闭，信号静噪，信号丢失检测和限幅放大输出的功能。
其中，所述宽带限幅放大器ONET1151P芯片是一款高速，3.3V限幅放大器，该芯片可提供一个两线制接口来实现对输出振幅、输出去加重、输入阈值电压(限幅电平)以及信号丢失置位电平的数字控制，主要具备的特性如下：高达11.3Gbps运行；两线制数字接口；可调信号丢失(LOS)阈值；数字可选输出电压；数字可选输出去加重；可调输入阈值电压；输出极性选择；可编程LOS屏蔽时间；输入偏移消除；具有到VCC的片载50Ω背面端接的电流模式逻辑(CML)数据输出；+3.3V单电源；低功耗。参见图8，其示出了该ONET1151P芯片在电路中应用时的典型电路图，其中DIN+、DIN-为信号输入端，DOUT+、DOUT-为信号输出端，LOS为信号丢失检测端，DIS为输出使能端，当设置其为高电平时禁止信号输出，SDA、SCK为与控制器连接的数据指令传输端。
本发明在进一步的实施例中，所述电接口为20管脚的SFP小型可热插拔光电收发模块电接口。参见图9，其为SFP小型可热插拔光电收发模块的引脚定义图，图中RD-(管脚12)和RD+(管脚13)是光模块接收部分的数据输出端，TD-(管脚19)和TD+(管脚18)是光模块发射部分的数据输入端，TxFault(管脚2)是发射故障指示管脚，Tx Disable(管脚3)在高电平或悬空时起到关断发射部分输出光的作用，LOS(管脚8)是光模块的信号检测管脚，VccR与VccT是接收与发射的供电电源管脚，VeeR与VeeT是接收与发射的地脚，MOD-DEF(1)与MOD-DEF(2)分别是I2C的时钟线和数据线接口管脚，即本发明所述电接口包括使待测设备与所述微控制单元进行通讯连接的IIC总线接口，通过该总线接口来接收待测设备发送的数据和指令。
本发明在设计时，满足了常规光模块的协议标准，主要是对功耗的要求和硬件接口的要求。本发明所述的光模块具有与图9所示引脚定义图相同的电接口，其兼容图9的引脚定义。
基于上述分析，本发明所述光模块的微控制器能够通过检测ONET1151P芯片的LOS管脚是否有产生信号来监控光模块是否有信号丢失，可模拟常规光模块的信号丢失检测功能，而微控制器也能够通过设置ONET1151P芯片的DIS管脚为高电平来关断芯片信号输出，与常规光模块关断发射输出光的功能相类似。而在具体的电路设计时，电接口中的TD-(管脚19)和TD+(管脚18)与ONET1151P芯片的DIN+、DIN-信号输入端连接，RD-(管脚12)和RD+(管脚13)与ONET1151P芯片的DOUT+、DOUT-信号输出端连接。
在本发明上述方案的基础上，所述网络通讯设备测试用的光模块还包括：电阻网络单元，其由多个电阻并联组成，并联后的多个电阻一端接地，另一端通过一开关管连接到电源单元；其中，所述微控制单元还包括通过所述电接口接收待测设备发来的功耗控制指令，并基于所述功耗控制指令控制所述开关管的通断。当开关管导通时，电阻网络单元投入使用，即可产生功耗。即本发明通过采用电阻并联方式，取得良好的散热效果，模拟真实光模块实际功耗，同时还能够在合理控制下使光模块逼近交换机的额定功耗值。
本发明所述光模块对功耗的控制，采用电阻和常作为开关管的MOS管(金属氧化物半导体场效应晶体管)进行控制。模拟常规光模块的工作特性，使用Tx-Disable控制MOS管的通断，实现功耗变化测试。电阻采用0603封装，1/10w功率的220欧姆常规电阻，有足够的设计余量；多个电阻并联，使得散热面积足够大。即本发明所述微控制单元采用SFP小型可热插拔光电收发模块电接口中的Tx-Disable管脚对所述开关管进行通断控制。
进一步的技术方案是，所述网络通讯设备测试用的光模块还包括：指示单元，所述指示单元包括指示电源状态的第一LED灯、指示通讯信号状态的第二LED灯以及指示功耗控制状态的第三LED灯，其中
所述第二LED灯基于所述微控制单元是否有检测到ONET1151P芯片产生信号丢失的LOS信号进行亮灭动作，当检测到ONET1151P芯片有产生LOS信号时，所述第二LED灯亮，反之则灭；所述第三LED灯基于所述微控制单元控制所述开关管的通断进行亮灭动作，当微控制单元控制开关管导通时，电阻网络单元投入，所述第三LED灯亮，反之则灭。
其中，所述第一LED灯指示电源状态以绿色LED指示，所述第二LED灯指示通讯信号状态以红色LED指示，所述第三LED灯指示功耗控制状态以黄色LED指示。本发明通过上述三个LED灯的设置，可方便用户直观的了解到光模块当前的工作状态，即光模块是否通电、在测试过程中是否有信号丢失、以及是否启动功耗模拟控制。
本发明所述的网络通讯设备主要包括有交换机、路由器等，这些设备通过标准IIC(集成电路)总线接口与本发明光模块的微控制单元通讯。同时微控制器需要提供符合协议的寄存器表A0H、A2H，图10为SFF-8472协议定义的寄存器表。在SFF-8472协议中，有关于光学采样的要求。由于本发明所述光模块节省了光学链路，因此只能通过微控制器软件虚拟。另外，为了满足客户的测试需求，新型光模块在A2H的95-118字节的保留字节中，选择114、115字节作为自定义字节。114字节为管脚状态监测，115字节为管脚状态控制。即本发明优选的是，所述微控制单元在其存储器内的寄存器表A2H区域内，使用114字节作为管脚状态检测字节，使用115字节作为管脚状态控制字节，具体定义如图11所示。
本发明所述光模块从硬件到软件，针对交换机、路由器类设备需求，提供了完整的解决方案。采用该光模块，可以从成本、实用性、可靠性、便捷性等多方便改善交换机、路由器设备类的测试工艺，具有良好的市场价值。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的所述网络通讯设备测试用的光模块的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
本发明提供的网络通讯设备测试用的光模块精简了光学链路元器件，大幅度降低生产成本，提高可靠性，延长了工作寿命，并针对交换机、路由器类设备测试需求，提供了程控接口和状态指示灯。该光模块在速度上兼容百兆、千兆、万兆级速率，不需要插拔光纤，直接实现数据回环，带有数据再生，信号均衡的功能，功耗按照协议要求，以额定值为设计目标，可实现交换机、路由器类设备的带负载驱动能力测试。本发明是交换机、路由器类设备测试用光模块的有效解决方案。
本发明在以往常规光模块技术上，节省了光学链路的高昂成本，使用信号恢复电路，有效解决了印制电路板造成的信号衰减和劣化，使得信号速率支持百兆、千兆、万兆级速率。采用电阻并联方式，取得良好的散热效果，模拟光模块实际功耗。采用微控制器，基于标准IIC总线接口，提供了兼容协议的自定义监控软件接口，方便用户使用。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (3)
1.一种网络通讯设备测试用的光模块，其特征在于，包括：
微控制单元；
信号再生单元，其与所述微控制单元电连接，所述信号再生单元与微控制单元通过一电接口连接至待测设备；其中，
所述信号再生单元通过所述电接口接收待测设备发来的测试信号，并将所述测试信号经过限幅放大后通过所述电接口发送至待测设备；
所述微控制单元通过所述电接口接收待测设备发来的控制信号，并基于所述控制信号对所述信号再生单元进行实时监控；
所述信号再生单元采用宽带限幅放大器ONET1151P芯片构成的电路；
所述电接口为20管脚的SFP小型可热插拔光电收发模块电接口；
所述电接口包括使待测设备与所述微控制单元进行通讯连接的IIC总线接口；
电阻网络单元，其由多个电阻并联组成，并联后的多个电阻一端接地，另一端通过一开关管连接到电源单元；其中，
所述微控制单元还包括通过所述电接口接收待测设备发来的功耗控制指令，并基于所述功耗控制指令控制所述开关管的通断；
指示单元，所述指示单元包括指示电源状态的第一LED灯、指示通讯信号状态的第二LED灯以及指示功耗控制状态的第三LED灯，其中
所述第二LED灯基于所述微控制单元是否有检测到ONET1151P芯片产生信号丢失的LOS信号进行亮灭动作，当检测到ONET1151P芯片有产生LOS信号时，所述第二LED灯亮，反之则灭；所述第三LED灯基于所述微控制单元控制所述开关管的通断进行亮灭动作，当微控制单元控制开关管导通时，电阻网络单元投入，所述第三LED灯亮，反之则灭；
所述微控制单元采用SFP小型可热插拔光电收发模块电接口中的Tx-Disable管脚对所述开关管进行通断控制。
2.如权利要求1所述的网络通讯设备测试用的光模块，其特征在于，所述开关管采用金属氧化物半导体场效应晶体管。
3.如权利要求2所述的网络通讯设备测试用的光模块，其特征在于，所述微控制单元在其存储器内的寄存器表A2H区域内，使用114字节作为管脚状态检测字节，使用115字节作为管脚状态控制字节。
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