CN105610512A - 一种DC-20Mbps低速率双收SFP光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，包括：第一光接收单元和第二光接收单元，用于分别接收一路光信号并将其转换为TTL电平信号输出；每一个所述接收通道均包括2个LVTTL电平信号输出引脚；所述第一光接收单元和第二光接收单元均由分立元件组成，均包括依次连接的光接收器和限幅放大器，所述光接收器识别接收光信号并将其转换为电信号，所述限幅放大器再将所述电信号处理为LVTTL电平信号输出。目的在于提供一种成本低、功耗小、抗干扰能力强、能够传输速率低至DC的信号以及可直接与低速率应用连接使用的双收SFP光模块。

Description

一种DC-20Mbps低速率双收SFP光模块
技术领域
本发明涉及光模块领域，特别涉及一种DC-20Mbps低速率双收SFP光模块。
背景技术
在光通信的很多应用中，数据传输速率不断提高，以实现更有效的数据传输。但是在一些特殊应用中，低速率甚至直到DC仍有较大的市场需求，且可靠性要求非常高。
目前，有一些采用高速率SFP光模块(速率都在100M以上)向下兼容到低速率的方案，这些方案一般采用差分LVPECL输入、输出，AC耦合，采用TIA对接收信号进行转化及增益控制，然而，这种向下兼容的SFP光模块存在一些缺陷，如采用标准SFPAC耦合方式，信号直流分量损失严重，无法支持更低直到DC的速率；另外低速率应用中一般都是采用单端TTL电平方式，而标准的SFP采用差分电路方式，两者无法直接连接使用；另外标准SFP一般采用TIA+LA的接收电路方式，这种电路对于低速率传输有个致命缺陷，就是这种电路存在低频截止频率，无法实现极低甚至到DC的数据传输。
因此亟需一种成本低、功耗小、抗干扰能力强、不与低速率应用产生冲突，同时还能够传输极低速率甚至到DC的光模块。
发明内容
本发明的目的在于克服现有采用高速率SFP光模块(速率都在100M以上)向下兼容到低速率的进行低速率数据接收的方案中存在的：信号直流分量损失严重、无法支持低至DC的低速率数据接收以及与无法与低速率应用直接连接使用的问题，提供一种成本低、功耗小、抗干扰能力强、能够传输速率低至DC的信号以及可直接与低速率应用连接使用的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，包括：
第一光接收单元和第二光接收单元，用于分别接收一路光信号并将其转换为TTL电平信号输出；每一个所述接收通道均包括2个LVTTL电平信号输出引脚；每一个所述接收通道均包括2个单端LVTTL电平信号输出引脚；每一个接收通道的信号可从2个单端LVTTL电平信号输出引脚中的任意一个引脚输出，在面对需要将其中一个输出引脚悬空时的特殊应用环境时，可以将输出信号由另一个输出引脚输出，达到了增强光模块适用性的功能；
在该双收SFP光模块的引脚定义中，将传统的标准SFP光模块上不用的TX_Disable(pin3)、TX_Fault(pin2)和Rate_Select(pin7)引脚分别作为本发明光模块的信号输出引脚,即LOS2(pin3)、RD2(pin2)、RD1(pin7)，其它引脚定义与MSA协议相同；此外，2个额外可选的信号输出引脚RD1(可选)、RD2(可选)选用原有的差分信号正端输出引脚RD+(pin13)和差分信号正端输入引脚TD+(pin18)，从而使得第一光接收单元和第二光接收单元的数据可分别从2个引脚中可选输出；在面对需要将任意一个光接收单元中的一个引脚悬的情况时，可以将输出信号由另一个输出引脚输出，达到了增强光模块适用性的作用；
所述第一光接收单元和第二光接收单元均由分立元件组成，均包括依次连接的光接收器和限幅放大器，所述光接收器识别接收光信号并将其转换为电信号，所述限幅放大器再将所述电信号处理为LVTTL电平信号输出。
本发明光模块的2个光接收单元采用的是有分立元件组成的电路，即光接收器和限幅放大器均为分立元件，这样的分立元件与集成了TIA(跨阻放大器)和GAC(自动增益控制)控制功能的集成器件相比，出光、收光的稳定性有所降低，不能传输较高速率的信号，但是可传输低速率的信号说；进而，其优势在于结构简单，功耗较低，不存在低频截止问题，低频可以工作到DC。这样，设备端的低频数据即使不进行扰码，也可以顺利传输，简化了设备端的软硬件配置。
从而使得该光模块实现了对2路速率在DC-20Mbps之间的低速率光信号的进行接收，以及将其转换为单端LVTTL电平信号输出的功能；具有成本低、功耗小、抗干扰能力强、能够传输速率低至DC的信号的优点；
同时，由于其输出为单端LVTTL信号，可以与低速率应用直接连接使用；又因该光模块为SFP封装结构，还使得其具有可热插拔的优点。
优选的，该光模块还包括微控制单元，所述微控制单元与所述第一光接收单元和第二光接收单元连接，用于对所述第一光接收单元和第二光接收单元的各项参数进行监控；
所述光接收器还通过光功率检测器连接所述微控制单元，所述微控制单元通过所述光功率检测器采集的数据实现对光模块接收光功率检测的监测。
其中，所述微控制单元采用集成ADC和DAC的控制器，所述微控制单元与外部设备通过I2C总线接口进行通信，从而对光模块的各项参数进行实时数字检测监控。
优选的，双收SFP光模块还包括：
温度监测模块，所述温度监测模块与微控制单元连接，用于实时采集光模块的温度信息，使得微控制单元能够实时接收到光模块的温度信息，实现对光模块温度的实时监测。
优选的，双收SFP光模块还包括：
电压监测模块，所述电压检测模块与微控制单元连接，用于实时采集光模块电源电压信息，使得微控制单元能够实时接收到光模块的电源电压信息，实现对光模块电源电压信息的实时监测。
优选的，在所述微控制单元内设置有按预定方式设置的寄存器，所述寄存器用于存储所述第一光接收单元和第二光接收单元的各项参数。所述参数包括：模块的温度、模块电源电压、接收光功率，所述微控制单元与外部设备通过I2C总线接口进行通信，从而对光模块接收光功率、电压、温度等参数进行实时数字检测监控。
优选的，所述按照预定方式定义的寄存器具体为：
在SFF-8472协议定义的基础上对寄存器重新定义设置，重新定义设置后的寄存器去除了SFF-8472协议定义的发射部分的输出光功率检测、偏置电流检测及相关寄存器，维持电压检测以及温度检测寄存器不变，保留原接收部分相关寄存器为第一接收单元相关寄存器，新增对第二接收单元DDM监控相关寄存器。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明光模块的2个光接收单元采用的是有分立元件组成的电路，即光接收器和限幅放大器均为分立元件，这样的分立元件与集成了TIA(跨阻放大器)和GAC(自动增益控制)控制功能的集成器件相比，出光、收光的稳定性有所降低，不能传输较高速率的信号，但是可以传输低速率的信号；进而，其优势在于结构简单，功耗较低，不存在低频截止问题，低频可以工作到DC。这样，设备端的低频数据即使不进行扰码，也可以顺利传输，简化了设备端的软硬件配置。
从而使得该光模块实现了对2路速率在DC-20Mbps之间的低速率光信号的进行接收，以及将其转换为单端LVTTL电平信号输出的功能；具有成本低、功耗小、抗干扰能力强、能够传输速率低至DC的信号的优点；
同时，由于其输出为单端LVTTL信号，可以与低速率应用直接连接使用；又因该光模块为SFP封装结构，还使得其具有可热插拔的优点。
2、本发明的光模块中将传统SFP光模块上的几个不用的引脚作用两个光接收单元的输出引脚，同时将另外2个引脚分别复用为两个光接收单元的输出引脚，从而最大限度的避免了与原有SFP光模块的冲突。
附图说明：
图1为本发明实施例中的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块结构示意图；
图2为本发明实施例中的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块引脚结构示意图；
图3为第一光接收单元和第二光接收单元中的分立器件连接示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图1所示的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，包括：第一光接收单元和第二光接收单元，用于分别接收一路光信号并将其转换为单端LVTTL电平信号输出；
微控制单元，与所述第一光接收单元和第二光接收单元连接，用于对所述第一光接收单元和第二光接收单元的各项参数进行监控，其中，所述微控制单元与外部设备通过I2C总线接口进行通信，从而对光模块的各项参数进行实时数字检测监控。
通过设置2个光接收单元，使得该光模块实现了2路速率在DC-20Mbps之间的低速率光信号接收，并且还通过这2个光接收单元直接将光信号转换为单端LVTTL电平信号，由于其输出为单端LVTTL信号，因而可以与低速率应用直接连接使用；最终就解决了传统的采用高速率SFP光模块向下兼容进行低速率数据接收所存在的：信号直流分量损失严重、无法支持更低直到DC的速率的低速率数据的接收以及与标准的SFP光模块产生冲突的问题，具有成本低、功耗小、抗干扰能力强、不与标准的SFP光模块产生冲突，同时还能够传输速率低至DC的信号的优点；又因该光模块为SFP封装结构，使得其具有可热插拔的优点。
具体的，所述第一光接收单元和第二光接收单元均由分立元件组成，均包括依次连接的光接收器和限幅放大器，即所述光接收器和限幅放大器均为分立元件；所述光接收器将接收到的光信号转换为电信号后，再由所述限幅放大器将所述电信号转换为单端LVTTL电平信号输出；所述光接收器还通过光功率检测器连接所述微控制单元，所述微控制单元通过所述光功率检测器采集的数据实现对光模块接收光功率检测的监测。
其中，参看图3，所述光信号的具体转换原理为：光接收器中的PD(光电二极管)把光信号转换成随光信号强度变化的电流信号，再将所述电流信号传输给TIA(跨阻放大器)转换成电压信号，所述电压信号在经过LA(限幅放大器)时根据预定设定的判决门限由所述LA将所述电压信号转换成正确的数字信号，并以TTL电平信号输出至RD引脚，RD引脚表示下文中的RD1或RD2；其中，LA(限幅放大器)和TIA(跨阻放大器)电路能够识别DC-20Mbps之间的低速率光信号接收。
同时，所述PD还连接所述光功率检测器中的电流镜，所述电流镜输出一个与PD电流成正比的一个电流信号，所述电流信号转换成电压后输出到所述微控制单元，所述微控制单元将电压信号转换为功率值，从而实现对光模块接收光功率的检测，同时所述微控制单元还能检测到接收信号的强度指示信号(RSSI)，并根据所述接收信号的强度指示信号(RSSI)在光模块的LOS管脚输出指示信号，其中所述LOS管脚为下文中的LOS1或LOS2。
在一些应用中，该双收SFP光模块还包括：
温度监测模块，所述温度监测模块与微控制单元连接，用于实时采集光模块的温度信息，使得微控制单元能够实时接收到光模块的温度信息，实现对光模块温度的实时监测。
在一些应用中，该DC-20Mbps低速率双收SFP光模块还包括：
电压监测模块，所述电压检测模块与微控制单元连接，用于实时采集光模块电源电压信息，使得微控制单元能够实时接收到光模块的电源电压信息，实现对光模块电源电压信息的实时监测。
具体的，参看图2，表1所示的传统的20pin标准SFP光模块引脚功能定义表，在DC-20Mbps低速率双收SFP光模块的引脚定义中，其将传统的标准SFP光模块上不用的TX_Disable(pin3)、TX_Fault(pin2)和Rate_Select(pin7)引脚分别作为本发明光模块的信号输出引脚,即LOS2(pin3)、RD2(pin2)、RD1(pin7)，其它引脚定义与MSA协议相同；此外，2个额外可选的信号输出引脚RD1(可选)、RD2(可选)选用原有的差分信号正端输出引脚RD+(pin13)和差分信号正端输入引脚TD+(pin18)，从而使得第一光接收单元和第二光接收单元的数据可分别从2个引脚中可选输出；在面对需要将任意一个光接收单元中的一个引脚悬的情况时，可以将输出信号由另一个输出引脚输出，达到了增强光模块适用性的作用。
从而使得第一光接收单元输出信号从RD1(pin7)输出，或者选用pin13输出；LOS1由Pin8输出；第二光接收单元输出信号从RD2(pin2)输出，或者选用Pin18输出；LOS2由Pin3输出；
表1：
综上，本发明的光模块中将传统SFP光模块上的几个不用的引脚(即TX_Disable(pin3)、TX_Fault(pin2)和Rate_Select(pin7)作为两个光接收单元的输出引脚，同时将另外2个引脚分别复用为两个光接收单元的输出引脚，从而最大限度的避免了与原有SFP光模块引脚结构的冲突。
进一步的，在所述微控制单元内设置有按预定方式设置的寄存器，所述寄存器用于存储所述第一光接收单元和第二光接收单元的各项参数。所述参数包括：模块的温度、模块电源电压、接收光功率，所述微控制单元与外部设备通过I2C总线接口进行通信，从而对光模块接收光功率、电压、温度等参数进行实时数字检测监控。
具体的，如表2所示，所述按照预定方式定义的寄存器具体为：
在SFF-8472协议定义的基础上对寄存器重新定义设置，重新定义设置后的寄存器去除了SFF-8472协议定义的发射部分的输出光功率检测、偏置电流检测及相关寄存器，维持电压检测以及温度检测寄存器不变，保留原接收部分相关寄存器为第一接收单元相关寄存器，新增对第二接收单元DDM监控相关寄存器。
表2：
目前，现有的带数字检测监控的(DigitalDetectMonitor)光模块均依据SFF-8472协议对模块的5个参数进行监控，这些参数为：温度(地址A2H，96～97字节)、电压(地址A2H，98～99字节)、激光器偏置电流(地址A2H，100～101字节)、光发射功率(地址A2H，102～103字节)、光接收功率(地址A2H，104～105字节)。与之对应的地址A2h00～39字节定义了这5个参数的警报和告警门限；地址A2H112～117字节定义了这5个参数的警报和告警标志位。
本发明的光模块对这些寄存器进行了重新设置，如表2所示，列出了新的寄存器设置与SFF-8472相比变化的部分。通过对寄存器的重新定义，去除了光发射功率、偏置电流监控功能，而增加了第二光接收单元光接收功率功能，从而实现对两路接收光功率的监控。电压和温度部分的寄存器定义不变。

Claims (6)

1.一种DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，其特征在于，包括：
第一光接收单元和第二光接收单元，用于分别接收一路光信号
并将其转换为TTL电平信号输出；每一个所述接收通道均包括
2个LVTTL电平信号输出引脚；
所述第一光接收单元和第二光接收单元均由分立元件组成，均包括依次连接的光接收器和限幅放大器，所述光接收器识别接收光信号并将其转换为电信号，所述限幅放大器再将所述电信号处理为LVTTL电平信号输出。
2.根据权利要求1所述的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，其特征在于，还包括微控制单元，所述微控制单元与所述第一光接收单元和第二光接收单元连接，用于对所述第一光接收单元和第二光接收单元的各项参数进行监控；
所述光接收器还通过光功率检测器连接所述微控制单元，所述微控制单元通过所述光功率检测器采集的数据实现对光模块接收光功率检测的监测。
3.根据权利要求1所述的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，其特征在于，还包括：
温度监测模块，所述温度监测模块与微控制单元连接，用于实时采集光模块的温度信息。
4.根据权利要求1所述的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，其特征在于，还包括：
电压监测模块，所述电压检测模块与微控制单元连接，用于实时采集光模块电源电压信息。
5.根据权利要求1所述的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，其特征在于，在所述微控制单元内设置有按预定方式设置的寄存器，所述寄存器用于存储所述第一光接收单元和第二光接收单元的各项参数。
6.根据权利要求5所述的DC-20Mbps低速率双收SFP光模块，其特征在于，所述按照预定方式定义的寄存器具体为：
在SFF-8472协议定义的基础上对寄存器重新定义设置，去除SFF-8472协议定义的发射部分的输出光功率检测寄存器、偏置电流检测寄存器，保留电压检测寄存器以及温度检测寄存器，将原接收部分寄存器设置为第一接收单元寄存器，新增第二接收单元DDM监控寄存器。
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