CN105991184B - Otdr发射端光模块测试失效的自恢复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种光模块在OTDR测试中发射端失效的自恢复方法，旨在提供一种在OTDR测试中光模块发射端出于自我保护而导致关断激光器后进行自恢复的应用。本发明通过下述技术方案予以实现：在光模块中设置含有自恢复程序软件的微控制单元MCU，对光模块的工作状态进行轮询，当自恢复程序检测到光模块出现故障Fault状态后，判断Fault计数器是否小于3，是则自动进入中断程序，MCUI/O口产生一个高电平触发信号给驱动芯片，同时将Fault计数器加1，恢复光模块发射端驱动芯片正常工作；若大于3，则不进入中断程序，继续执行主程序。本发明通过光模块自身的自恢复功能来清除偶然的故障状态，既不影响光模块的正常使用，更是减少了系统运营商和光模块厂商的后期维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及光通信网络领域中，光模块进行常规光时域反射仪OTDR测试时其发射端的自恢复方法。
背景技术
光缆是现代有线通信中传输信息的主要媒质，光纤工作的稳定性和可靠性成为光通信网络能正常工作的关键。随着时代的发展，社会对数据传输的需求突飞猛进，当前的硬件设备已经不能满足数据量的需求了，则要求需要不断地铺设硬件设施，满足日益增加的需求。随着光通信网络愈加庞大，光纤在使用中难免会出现折断现象，光纤折断首先就在客户端反映出来，网络中断，数据无法传输。通讯中断后，系统运营商会第一时间进行维护。一般来说一根光纤短则几百米，长则上百千米，光纤出现折断的位置判断与定位则会成为关键。由此诞生了光时域反射仪OTDR。光时域反射仪OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。OTDR光学时域反射技术的基本原理是利用分析光纤中后向散射光或前向散射光测量散射、吸收等原因产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起的结构性损耗。光纤合部是传感段，当变形和裂隙使光纤变曲时，致使损耗增大，光时域反射仪OTDR光时域反射技术检测全程的散射光强分布，就可以确定损耗中心的空间状态，并定位。背向散射返回到光纤入射端所需的时间，就可以确定光纤损耗特性、障碍点位置。当光纤某一点受温度或应力作用时，该点的散射特性将发生变化，因此通过显示损耗与光纤长度的对应关系来检测外界信号分布于传感光纤上的扰动信息。OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质，连接器，接合点，弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。d＝(c×t)/2(IOR)，在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率IOR。IOR是由光纤生产商来标明的。
综上所述，要确认光纤折断的位置，就需要对光纤进行OTDR测试，那么在光纤的另一头必然会有个光模块连接着光纤。光模块采用的驱动芯片内部带有自我保护电路，OTDR测试仪会在光纤一端发射一个强光包，在光纤的另一端连接着光模块，由于光模块光器件内部的隔离功能有限，会有部分光进入光模块发射端的光电二极管，产生光电流，驱动芯片会检测到光电流过大，会误认为发光功率异常，从而触发保护电路，关断激光器电流，同时产生Fault状态。而OTDR测试并不是一直发光，而是产生一个最大长度为20us的光包，当光模块在进行正常的OTDR测试时导致发射端失效的情况，光模块发射端失效，必须寄回原厂修复，增加了光模块厂商的售后服务成本，且增加大量不必要的工作，且问题解决效率低下。当驱动芯片检测到背光二极管的电流过大时，会关断发光二极管的偏置电流，导致光模块的发射端无光输出，驱动芯片并产生一个故障Fault信号。在OTDR测试中容易触发光模块发射端的驱动芯片自我保护电路，导致关断激光器电流的误操作，影响模块的正常工作。进行测试时，当OTDR发起强光包，若该光纤是完好无损的，那么光模块必将会接收到来自OTDR的强光包，强光包会因为接收光过强而导致光模块的发射端失效，当OTDR测试结束后，重新接上光纤，会因为在测试中光模块的发射端失效，无法和光纤另一端的光模块进行通信，影响终端的客户的使用，造成无法估计的损失。
从图2和图3可以看出当进行OTDR测试时，OTDR会发射出一个光功率非常大的强光包，若光纤没有发生断裂，则强光包会直接入射到光模块，进入背光监控光电二极管。OTDR测试仪产生的强光包的光功率为+16dBm，而光模块正常的发射光功率不会超过+6dBm，因此当如此强的光包入射到背光监控光电二极管产生的光电流是正常发射光功率的数倍，已经超出驱动电路设定的告警门限，必然会触发光模块发射端驱动芯片的保护电路，从而关断激光器电流，并产生故障Fault信号。由此光模块工作出现异常，不能继续正常工作。例如在EPON OLT光模块中采用的驱动芯片是MAX3738，触发该芯片的自我保护电路的条件之一是背光检测电压Vpc-mon超过1.23V，EPON OLT光模块正常出纤光功率为+4dBm，假设仅有10％的光功率入射到背光二极管中，其余90％的光功率时出现光功率，则可以计算出发光二极管的总发射光功率为W＝10(4/10)/90％＝2.8mw，入射到背光二极管的光功率为2.8mw*10％＝0.28mw，背光二极管的响应度一般为0.9A/W，则背光二极管产生的光电流为Imd＝0.28*0.9＝0.252mA，根据MAX3738的特性Imd/Ipc-mon＝0.85，其中Ipc-mon为背光检测电流，可算的Ipc-mon＝0.296mA，实际应用中背光检测采样电阻为620ohm，则此时背光检测电压Vpc-mon＝Ipc-mon*620＝184mV，可知在正常工作的时候背光检测电压距离1.23V的告警电压还差很远，但是当+16dBm的OTDR的测试光包进入光模块后，同样有10％的光会直接进入背光二极管，因此背光二极管会产生光电流I1＝10(16/10)*10％*0.9＝3.583mA，则背光二极管产生的总电流I＝I1+Imd＝3.583+0.252＝3.835mA，因此总的背光检测电流为Ipc-mon＝I/0.85＝4.512mA，总的背光检测电压Vpc-mon＝4.512mA*620ohm＝2.78V，已经超过1.23V的报警门限电压，因此触发驱动芯片的自我保护电路，关断了激光器的偏置电流，导致发光二极管不发光，也无法进行正常的信息通信。
发明内容
本发明的目的是针对上述在OTDR测试中光模块会因为接收光过强导致发射端失效的问题，提供一种发射端自恢复的方法。该方法能及时解决因为OTDR导致的光模块失效，避免系统运营商认为光模块为坏件，返给原厂维修，以减少系统运营商和光模块厂商工作量，确保光模块正常运行。光模块在OTDR测试中发射端失效的自恢复方法，
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，特征在于包括如下步骤：在光模块中设置含有自恢复程序软件的微控制单元MCU自恢复程序软件告警门限由驱动芯片自身决定，同时产生一个Fault的故障信号，MCU对光模块的工作状态进行轮询，当自恢复程序检测到光模块出现故障Fault状态后，判断Fault计数器是否小于3，若小于3，则自动进入中断程序，通过MCUI/O口产生一个高电平触发信号Tx_disable信号给驱动芯片，同时将Fault计数器加1，恢复光模块发射端驱动芯片正常工作；若大于3，则不进入中断程序，继续执行主程序。
本发明有如下有益效果。
本发明在光模块中设置自恢复程序软件的微控制单元MCU，MCU对光模块的工作状态进行轮询，当光模块内部MCU进行轮询时，发现驱动芯片上报了一个Fault信号，则会进入一个中断程序，并产生触发信号给驱动芯片使其自恢复，并继续检测驱动芯片的工作情况，微控制单元MCU若连续三次发现驱动芯片均上报Fault信号，则在第三次使得驱动芯片自恢复后MCU不再对驱动芯片产生自恢复的触发信号。因此在MCU连续三次的清除Fault状态后，若是在OTDR测试中光模块发端失效后会进行自恢复，若是光模块本身在工作中出现故障，那么Fault状态则会一直存在，而MCU在清除三次Fault后，也将不再执行清除Fault的操作，而是直接报告光模块的真实工作状态。处理偶然故障方便，且该发明是通过软件的方式来实现，无需增加硬件成本。
本发明光模块中的MCU会对光模块的工作状态进行轮询，而查询到光模块出现Fault状态后会进入中断程序通过MCU的I/O口产生一个高电平触发信号也就是Tx_disable信号给驱动芯片，使得驱动芯片恢复正常工作，光模块的发射端也就恢复正常了。通过光模块自身的自恢复功能来清除偶然的故障状态，既不影响光模块的正常使用，更是减少了系统运营商和光模块厂商的后期维护成本。
本发明在光模块中设计的具备发射端自恢复功能的自恢复程序软件能够在激光器工作在超负荷状态下，会自动触发驱动芯片的自我保护电路，当驱动芯片的自我保护电路被触发后，可通过MCU给驱动芯片一个Tx_disable信号而让芯片恢复正常工作，倘若在驱动芯片恢复正常工作后激光器仍然工作在超负荷状态，则会重新触发驱动芯片的自我保护电路关断激光器电流，关断激光器电流并产生一个Fault信号，从而实现保护激光器的作用。该发明不会影响光模块的使用寿命，也不会使得光模块在非正常状态下继续工作，在实现保护激光器的同时，使得光模块能克服偶然故障。
本发明自恢复程序软件当在光模块内部MCU进行轮询时，发现驱动芯片上报了一个Fault信号，则会进入一个中断程序，并产生触发信号给驱动芯片使其自恢复，并继续检测驱动芯片的工作情况，若连续三次发现驱动芯片均上报Fault信号，则在第三次使得驱动芯片自恢复后MCU不再对驱动芯片产生自恢复的触发信号，由此来避免因为OTDR测试导致驱动芯片产生的偶然故障Fault信号。除了OTDR测试导致的偶然故障外，其余条件下触发的偶然故障均可以通过该发明来避免，应用广泛。
附图说明
图1是本发明光模块内部MCU的自恢复程序软件处理流程示意图。
图2是光模块内部发射端保护电路示意图。
图3是现有技术OTDR测试原理框图。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的实施例中，OTDR发射端光模块测试失效的自恢复具体步骤：在光模块中设置含有自恢复程序软件的微控制单元MCU，微控制单元MCU对连接驱动芯片的Fault管脚的信号进行轮询，若微控制单元MCU读取连接到驱动芯片的Fault管脚状态为低，则表示光模块工作正常，微控制单元MCU不做任何处理，继续主程序；若检测到Fault管脚状态为高，则表示光模块工作出现故障。下一步自恢复程序检测判断Fault计数器是否小于3，若Fault计数器大于或等于3，则回到主程序中，继续执行其他指令；若Fault计数器小于3，微控制单元MCU通过I/O口产生一个高电平触发信号Tx_disable信号给驱动芯片，同时将Fault计数器加1。下一步程序继续查询Fault管脚的状态，若为高，则表示光模块因工作超负荷再次触发自我保护电路，程序则回到Fualt计数器检测这一步，并继续执行；若为低，则表示光模块工作恢复了正常，之前出现的故障为偶然故障，程序则将Fault计数器清零，并跳出该中断，回到主程序中继续执行其他指令。微控制单元MCU若连续三次发现驱动芯片均上报Fault信号，则在第三次使得驱动芯片自恢复后MCU不再对驱动芯片产生自恢复的触发信号。
在图2中，光模块包括电连接驱动电路的MCU，含有比较器的驱动电路通过背光监控光电二极管连接激光器LD。光模块内部发射光功率的控制是由自动功率控制环路来控制的，其属于负反馈控制环路。首先通过比较器设定目标值，然后驱动电路来调节供给激光器的偏置电流，发射端的激光器LD发出的光功率大部分会约有90％通过光纤发射出去，而另一部分光约10％会发射给背光监控光电二极管，背光监控光电二极管接收到来自发光二极管发出的光后产生光电流后反馈给比较器，比较器将该光电流和预先的设定值进行比较，若光电流大于设定值，则驱动电路会调小供给激光器LD的偏置电流来减小激光器的发射光功率，使得背光监控光电二极管产生的光电流和设定值相当，反之若光电流小于设定值，则驱动电路会增加供给给激光器LD的偏置电流，使得背光监控光电二极管产生的光电流和设定值相当。通过这样的方式来对光模块的发射光功率进行控制，从而保持光功率的稳定性，而当激光器LD发射光功率过大，背光监控光电二极管产生的光电流就会很大，当背光监控光电二极管产生的光电流超过告警门限时驱动芯片就关断供给激光器的偏置电流，该告警门限由驱动芯片自身决定。由此来保护激光器不受损害，同时会产生一个Fault的故障信号。这就是光模块内部发射端的保护电路工作原理。
MCU通过一个I/O口连接到驱动芯片的Tx-disable引脚，在正常工作状态下该I/O口处于低电平，驱动芯片正常工作，而当该I/O口处于高电平时，驱动芯片则关断偏置电流输出，激光器无光输出。而当驱动芯片处于Fault状态时，该引脚由高变低时则会对驱动芯片进行复位，重新输出偏置电流给激光器。
Claims (10)
1.一种OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于包括如下步骤：在光模块中设置含有自恢复程序软件的微控制单元MCU，自恢复程序软件告警门限由驱动芯片自身决定，同时产生一个Fault的故障信号，MCU对光模块的工作状态进行轮询，当自恢复程序检测到光模块出现故障Fault状态后，判断Fault计数器是否小于3，若小于3，则自动进入中断程序，通过MCUI/O口产生一个高电平触发信号Tx_disable信号给驱动芯片，同时将Fault计数器加1，恢复光模块发射端驱动芯片正常工作；若大于3，则不进入中断程序，继续执行主程序。
2.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：微控制单元MCU对连接驱动芯片的Fault管脚的信号进行轮询，若微控制单元MCU读取连接到驱动芯片的Fault管脚状态为低，则表示光模块工作正常，微控制单元MCU不做任何处理，继续主程序。
3.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：微控制单元MCU若检测到Fault管脚状态为高，则表示光模块工作出现故障；下一步自恢复程序检测判断Fault计数器是否小于3，若Fault计数器大于或等于3，则回到主程序中，继续执行其他指令；若Fault计数器小于3，微控制单元MCU通过I/O口产生一个高电平触发信号Tx_disable信号给驱动芯片，同时将Fault计数器加1。
4.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：微控制单元MCU下一步程序继续查询Fault管脚的状态，若为高，则表示光模块因工作超负荷再次触发自我保护电路，程序则回到Fault计数器检测这一步，并继续执行；若为低，则表示光模块工作恢复正常，之前出现的故障为偶然故障，程序则将Fault计数器清零，并跳出该中断，回到主程序中继续执行其他指令。
5.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：微控制单元MCU若连续三次发现驱动芯片均上报Fault信号，则在第三次使得驱动芯片自恢复后MCU不再对驱动芯片产生自恢复的触发信号。
6.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：光模块包括电连接驱动电路的MCU，含有比较器的驱动电路通过背光监控光电二极管连接激光器LD。
7.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：光模块内部发射光功率的控制是由自动功率控制环路来控制的，自动功率控制环路为负反馈控制环路。
8.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：光模块首先通过比较器设定目标值，然后驱动电路来调节供给激光器的偏置电流，发射端的激光器LD发出的光功率大部分通过光纤发射出去，而另一部分发射给背光监控光电二极管，背光监控光电二极管接收到来自发光二极管发出的光后产生光电流后反馈给比较器，比较器将该光电流和预先的设定值进行比较，若光电流大于设定值，驱动电路则调小供给激光器LD的偏置电流来减小激光器的发射光功率，使得背光监控光电二极管产生的光电流和设定值相当，反之若光电流小于设定值，则驱动电路增加供给激光器LD的偏置电流，使得背光监控光电二极管产生的光电流和设定值相当。
9.如权利要求8所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：当背光监控光电二极管产生的光电流超过告警门限时驱动芯片关断供给激光器的偏置电流，该告警门限由驱动芯片自身决定。
10.如权利要求1所述的OTDR发射端光模块测试失效的自恢复方法，其特征在于：MCU通过一个I/O口连接到驱动芯片的Tx-disable引脚，在正常工作状态下该I/O口处于低电平，驱动芯片正常工作，而当该I/O口处于高电平时，驱动芯片则关断偏置电流输出，激光器无光输出，而当驱动芯片处于Fault状态时，该引脚由高变低时则会对驱动芯片进行复位，重新输出偏置电流给激光器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of invention: Self recovery method of optical module test failure at OTDR transmitter Effective date of registration: 20211026 Granted publication date: 20180525 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: TRIXON COMMUNICATION TECHNOLOGY Corp.,Ltd. Registration number: Y2021980011314 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230524 Granted publication date: 20180525 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: TRIXON COMMUNICATION TECHNOLOGY Corp.,Ltd. Registration number: Y2021980011314 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Self recovery method of OTDR transmitter Optical module test failure Effective date of registration: 20230605 Granted publication date: 20180525 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: TRIXON COMMUNICATION TECHNOLOGY Corp.,Ltd. Registration number: Y2023980042825 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230905 Granted publication date: 20180525 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: TRIXON COMMUNICATION TECHNOLOGY Corp.,Ltd. Registration number: Y2023980042825 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Self recovery method for testing failure of OTDR transmitter optical module Effective date of registration: 20230908 Granted publication date: 20180525 Pledgee: Chengdu SME financing Company Limited by Guarantee Pledgor: TRIXON COMMUNICATION TECHNOLOGY Corp.,Ltd. Registration number: Y2023980056005 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |