CN107632357B - 一种多模光纤信号扇出机制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤信号扇出机制，尤指一种成本低、灵活性高的多模光纤信号扇出机制；包括机箱、电源和功能电路板，所述的机箱为上下层结构，上层结构安装有带变压器的开关电源；下层结构安装有功能电路板；所述的功能电路板包括一个母板和五个子板，本发明在节约成本的情况下，通过简单的接口配置，系统具有较高的灵活行、易维护，且有较高的可靠性，高效地解决了较大量的光纤信号可靠、稳定的传输和扇出，信号扇出后使得信号在保留原有的相位、幅度、脉宽等信息。

Description

一种多模光纤信号扇出机制

技术领域

本发明涉及一种光纤信号扇出机制，尤指一种成本低、灵活性高的多模光纤信号扇出机制。

背景技术

目前，大科学装置在科技创新和引领工业技术革命方面有不可替代的作用，其中采用大量的智能设备投入到科学研究上来，大大提高研究效率和深度。在科学研究中，每种（个）设备分工明确，只完成各自负责的工作，但往往每个工作的开始、完成都有严格的先后时间关系，且彼此间有较准确时间间隔。因此，在需要多台智能设备联合工作才能完成整个工序的情况下，设备工作的时序需要稳定的传输和接收机制，且该机制对准确性、稳定性也有较高的需求。鉴于大科学装置的规模较大、设备分布较广，且多强电流、高电压，时序信号在这种环境下传输，易受到较多干扰，影响时序的准确性，造成次品的产生。因此，采用具有高抗干扰能力的多模信号传输工作时序成为十分绝佳的技术路线，其关键问题是需要解决较大量的光纤信号可靠、稳定的传输和扇出，使信号在保留原有的相位、幅度、脉宽等信息。

现有的技术中，解决方案常规是采用某一固定的机箱设备，定制相应的接口板卡，以VME机箱扇出信号为例，6U机箱插槽数量为8，决定了可插板卡的数量为8，插槽长度为230mm，决定了每个接口板卡的I/O数量最多为16路，因此，可有效解决较小数量光纤信号扇出，但是解决不了光线信号模数较多时的高效扇出。另外，这样的设计虽然有一定的光纤扇出效果，但是过于依赖某一固定的机箱设备，其插槽数量决定可插板卡的数量，插槽长度决定了接口板卡的I/O数量，因此，不够灵活多变，维护性较差；另外，如果涉及到信号较多且需要多级扇出时，需要定制相应的接口板卡，造价成本较高。

发明内容

针对目前对多模光纤信号扇出存在较大量的光纤信号传输和扇出不可靠和稳定性不高的问题，本发明旨在提供一种基于低成本、高灵活性的多路多模光纤信号扇出机制。

本发明采用的技术方案是：一种多模光纤信号扇出设备，包括机箱、电源和功能电路板，所述的机箱为上下层结构，上层结构安装有带变压器的开关电源；下层结构安装有功能电路板；所述的功能电路板包括一个母板和五个子板。

母板上设置有两个线性电源，母板由一个100MHz晶振、五个FMC母座、有40路I/O接口、一个CPLD芯片和外围电路组成，其中40路的I/O接口通过74CB3T3245的双端口连接到五个FMC对应的引脚，通过跳线设置FMC接口的输入/输出模式，可同时实现40路I/O口信号的接收/发送。

子板由一个高脚FMC公座、8路不同功能的I/O接口、一个CPLD芯片和外围电路组成，其中8路I/O接口通过74CB3T3245的双端口连接到FMC公座；子板上设置有LED灯，高脚FMC插座，有两排引脚，每排32路，其中将每排两端的8路引脚分别设置为不同电压的电源信号，每排剩下位于FMC中间位置16路引脚，每隔一个引脚设置一路数字信号，其余的8路引脚设置为接地信号，每两路数字信号引脚中间的引脚设置一个接地信号。

母板上的五个FMC母座分别与五个子板上的高脚FMC公座连接实现它们之间的信号交互和电源供给，通过设置子/母板上的跳线，可转换接口子板的输入/输出功能实现多路多模光纤信号传输、扇出和转换。

所述的机箱采用标准2U机箱，采用薄铝板平均隔离分成上下两层，每层各占1U空间。

所述的开关电源高度为0.8U。

所述的开关电源能将交流220V交流电源转成12V直流电源。

开关电源与母板上的两个线性电源连接，其中一个线性电源将12V电源转为3.3V电源供CPLD芯片使用，另外一个线性电源将12V电源转为5V电源供接口芯片使用。

所述的LED灯有两排共8路，分别与子板上各路I/O接口连接，实时显示各接口的输入/输出状态。

所述子板上FMC公座两端的电源信号分别为3.3V和5V电源信号。

母板上的CPLD芯片设置有串口功能，可以将每个子板经过FMC传输的信号在上位机显示出来。

一种多模光纤信号扇出方法，所述的信号扇出方法主要包括以下内容：

系统定义分级：将系统分为中央级系统和终端级系统，中央级系统负责四种光纤信号的收集和中央级地扇出；终端级系统负责设备终端一级地4种光纤信号的汇总和扇出，并进行接口转换，以方便设备直接使用；将中央级系统内部分为两个子级，分别设计为中央收集级和中央扇出级。中央收集级负责四种光纤信号的收集，并一级扇出；中央扇出级负责四种信号的二级扇出。终端级系统内部也分为两个子级，分别设计为终端收集级和终端转换级。终端收集级负责中央级扇出信号经过光缆传输后到达设备终端的四种光纤信号的收集，并三级扇出；终端转换级负责4种信号的光电转换，并扇出多路，直接提供设备使用。

中央收集级实现信号一级扇出：系统集成安装在2U机箱里的母板上，使用光纤跳线将其中1个FMC接口I/O组设置为输入模式，并在接口处安装1个光纤输入接口子板；使用光纤跳线设置其他4个FMC接口I/O组为输出模式，并在4个接口处分别对应安装光纤输出接口子板；并设置各接口子板上的LED排灯，对应各I/O接口，实时显示接口状态；分别设置四套与中央收集级设置相同的母板和接口子板，接入接口子板，通过输入模式的FMC接口I/O组实时接收上述四种信号，然后4个输出模式的FMC接口I/O组分别将信号扇出给4个输出接口子板，这样，每种信号通过中央收集级的一级扇出功能分别扇出8路信号。

中央扇出级实现信号二级扇出：取一路中央收集级的一级扇出信号，接入到其中第二套中央扇出级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将一级扇出的信号进行二级扇出；这样，每种信号通过中央扇出级的二级扇出功能分别扇出16路信号。

终端收集级实现信号三级扇出：取一路中央扇出级的二级扇出信号，接入到其中第三套终端收集级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将二级扇出的信号进行三级扇出；这样，每种信号通过终端收集级的三级扇出功能分别扇出24路信号。

终端转换级实现信号四级扇出并光电转化：取一路终端收集级的三级扇出信号，接入到第四套终端转换级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将三级扇出的信号进行四级扇出；这样，每种信号通过终端转换级的四级扇出功能分别扇出32路信号；然后采用跳线方式，连接光缆，将信号传输至各分布式设备终端。

本发明的有益效果是：本发明针对目前多模信号扇出存在的技术问题进行深入的研究探讨，发明了一种基于低成本、高灵活性的多路多模光纤信号扇出机制并付之实践，结果表明，在节约成本的情况下，通过简单的接口配置，系统具有较高的灵活行、易维护，且有较高的可靠性，高效地解决了较大量的光纤信号可靠、稳定的传输和扇出，信号扇出后使得信号在保留原有的相位、幅度、脉宽等信息。

附图说明

图1是本发明中2U机箱的前面板插口布局示意图。

图2是本发明中母板安装在2U机箱上的前面板插口布局示意图。

图3是本发明中母板安装在2U机箱上的前面板插口布局示意图。

图4是本发明中母板的PCB图。

图5是本发明中的光纤输入/输出接口子板PCB图。

图6是本发明中的光纤输入/输出接口子板PCB图。

图7是本发明的工作原理逻辑示意图。

具体实施方式

如图1-4所示，一种多模光纤信号扇出设备，包括机箱、电源和功能电路板，所述的机箱采用标准2U机箱设计为上下层结构，更具体的是采用薄铝板平均隔离分成上下两层，每层各占1U空间，上层结构安装有带变压器的高度为0.8U的开关电源，开关电源能将交流220V交流电源转成12V直流电源；下层结构安装有功能电路板；功能电路板包括一个母板和五个子板，这样分层的结构设计，使得机箱的功能区域设置明了、清晰，同时，用薄铝板隔离，隔离了因输入电源引起电磁干扰，同时也方便功能电路的安装和拆卸。

母板上设置有两个线性电源与开关电源连接，母板由一个100MHz晶振、五个FMC母座、有40路I/O接口、一个CPLD芯片和外围电路组成，其中40路的I/O接口通过74CB3T3245的双端口连接到五个FMC对应的引脚，通过跳线设置FMC接口的输入/输出模式，可同时实现40路I/O口信号的接收/发送，母板上的CPLD芯片设置有串口功能，可以将每个子板经过FMC传输的信号在上位机显示出来；母板上的其中一个线性电源将12V电源转为3.3V电源供CPLD芯片使用，另外一个线性电源将12V电源转为5V电源供接口芯片使用。

子板由一个高脚FMC公座、8路不同功能的I/O接口、一个CPLD芯片和外围电路组成，其中8路I/O接口通过74CB3T3245的双端口连接到FMC公座；子板上设置有LED灯，的LED灯有两排共8路，分别与子板上各路I/O接口连接，实时显示各接口的输入/输出状态；高脚FMC插座，有两排引脚，每排32路，其中将每排两端的8路引脚分别设置为不同电压的电源信号，更具体的是不同电压的电源信号设置在子板上FMC公座两端，电源信号分别为3.3V和5V；每排剩下位于FMC中间位置16路引脚，每隔一个引脚设置一路数字信号，以减少FMC信号间的因传输引起的串扰；其余的8路引脚设置为接地信号，每两路数字信号引脚中间的引脚设置一个接地信号，最大可能的消除因电源引起的电磁干扰。

母板上的五个FMC母座分别与五个子板上的高脚FMC公座连接实现它们之间的信号交互和电源供给，通过设置子/母板上的跳线，可转换接口子板的输入/输出功能实现多路多模光纤信号传输、扇出和转换。

如图5所示，采用以上所述的多模光纤信号扇出设备，对四种不同的信号分别进行多路信号扇出方法，所述的主要包括以下内容：

系统定义分级：将安装在机箱中的设备进行系统定义及分级，将系统分为中央级系统和终端级系统，中央级系统负责四种光纤信号的收集和中央级地扇出；终端级系统负责设备终端一级地4种光纤信号的汇总和扇出，并进行接口转换，以方便设备直接使用；将中央级系统内部分为两个子级，分别设计为中央收集级和中央扇出级。中央收集级负责四种光纤信号的收集，并一级扇出；中央扇出级负责四种信号的二级扇出。终端级系统内部也分为两个子级，分别设计为终端收集级和终端转换级。终端收集级负责中央级扇出信号经过光缆传输后到达设备终端的四种光纤信号的收集，并三级扇出；终端转换级负责4种信号的光电转换，并扇出多路，直接提供设备使用。

中央收集级实现信号一级扇出：系统集成安装在2U机箱里的功能电路板上，在母板中，使用光纤跳线将其中1个FMC接口I/O组设置为输入模式，并在接口处安装1个光纤输入接口子板；使用光纤跳线设置其他4个FMC接口I/O组为输出模式，并在4个接口处分别对应安装光纤输出接口子板；并设置各接口子板上的LED排灯，对应各I/O接口，实时显示接口状态；分别设置四套与中央收集级设置相同的母板和接口子板，接入接口子板，通过输入模式的FMC接口I/O组实时接收上述四种信号，然后4个输出模式的FMC接口I/O组分别将信号扇出给4个输出接口子板，这样，每种信号通过中央收集级的一级扇出功能分别扇出8路信号。

中央扇出级实现信号二级扇出：取一路中央收集级的一级扇出信号，接入到其中第二套中央扇出级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将一级扇出的信号进行二级扇出；这样，每种信号通过中央扇出级的二级扇出功能分别扇出16路信号。

终端收集级实现信号三级扇出：取一路中央扇出级的二级扇出信号，接入到其中第三套终端收集级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将二级扇出的信号进行三级扇出；这样，每种信号通过终端收集级的三级扇出功能分别扇出24路信号。

终端转换级实现信号四级扇出并光电转化：取一路终端收集级的三级扇出信号，接入到第四套终端转换级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将三级扇出的信号进行四级扇出；这样，每种信号通过终端转换级的四级扇出功能分别扇出32路信号；然后采用跳线方式，连接光缆，将信号传输至各分布式设备终端。

本发明针对目前多模信号扇出存在的技术问题进行深入的研究探讨，发明了一种基于低成本、高灵活性的多路多模光纤信号扇出机制并付之实践，在设备级，即功能电路板中，4种光纤信号的收集和扇出与中央级采用相同的设置，在接口终端，用光电转换，每路光纤信号经过一级信号的扇出都能使得一路输入变成8路电输出，每路信号经过四级的扇出最终变成32路输出，整个信号链路传输与扇出，高效、抗干扰能力强，灵活多变，易维护，且节省建造经费，经过多次试验和具体实施例的实践得出结论，本发明在节约成本的情况下，通过简单的接口配置，系统具有较高的灵活行、易维护，且有较高的可靠性，高效地解决了较大量的光纤信号可靠、稳定的传输和扇出，信号扇出后使得信号在保留原有的相位、幅度、脉宽等信息。

Claims (9)

1.一种多模光纤信号扇出设备，包括机箱、电源和功能电路板，其特征在于：所述的机箱为上下层结构，上层结构安装有带变压器的开关电源；下层结构安装有功能电路板；所述的功能电路板包括一个母板和五个子板；

母板上设置有两个线性电源，母板由一个100MHz晶振、五个FMC母座、有40路I/O接口、一个CPLD芯片和外围电路组成，其中40路的I/O接口通过74CB3T3245的双端口连接到五个FMC对应的引脚，通过跳线设置FMC接口的输入/输出模式，可同时实现40路I/O口信号的接收/发送；

子板由一个高脚FMC公座、8路不同功能的I/O接口、一个CPLD芯片和外围电路组成，其中8路I/O接口通过74CB3T3245的双端口连接到FMC公座；子板上设置有LED灯，高脚FMC公座，有两排引脚，每排32路，其中将每排两端的8路引脚分别设置为不同电压的电源信号，每排剩下位于FMC中间位置16路引脚，每隔一个引脚设置一路数字信号，其余的8路引脚设置为接地信号，每两路数字信号引脚中间的引脚设置一个接地信号；

母板上的五个FMC母座分别与五个子板上的高脚FMC公座连接实现它们之间的信号交互和电源供给，通过设置子/母板上的跳线，可转换接口子板的输入/输出功能实现多路多模光纤信号传输、扇出和转换。

2.根据权利要求1所述的一种多模光纤信号扇出设备，其特征在于：所述的机箱采用标准2U机箱，采用薄铝板平均隔离分成上下两层，每层各占1U空间。

3.根据权利要求1所述的一种多模光纤信号扇出设备，其特征在于：所述的开关电源高度为0.8U。

4.根据权利要求1所述的一种多模光纤信号扇出设备，其特征在于：所述的开关电源能将交流220V交流电源转成12V直流电源。

5.根据权利要求1或4所述的一种多模光纤信号扇出设备，其特征在于：开关电源与母板上的两个线性电源连接，其中一个线性电源将12V电源转为3.3V电源供CPLD芯片使用，另外一个线性电源将12V电源转为5V电源供接口芯片使用。

6.根据权利要求1所述的一种多模光纤信号扇出设备，其特征在于：所述的LED灯有两排共8路，分别与子板上各路I/O接口连接，实时显示各接口的输入/输出状态。

7.根据权利要求1所述的一种多模光纤信号扇出机制，其特征在于：所述子板上FMC公座两端的电源信号分别为3.3V和5V电源信号。

8.根据权利要求1所述的一种多模光纤信号扇出机制，其特征在于：母板上的CPLD芯片设置有串口功能，可以将每个子板经过FMC传输的信号在上位机显示出来。

9.一种多模光纤信号扇出方法，其特征在于：所述的信号扇出方法主要包括以下内容：

系统定义分级：将系统分为中央级系统和终端级系统，中央级系统负责四种光纤信号的收集和中央级地扇出；终端级系统负责设备终端一级地4种光纤信号的汇总和扇出，并进行接口转换，以方便设备直接使用；将中央级系统内部分为两个子级，分别设计为中央收集级和中央扇出级；中央收集级负责四种光纤信号的收集，并一级扇出；中央扇出级负责四种光纤信号的二级扇出；终端级系统内部也分为两个子级，分别设计为终端收集级和终端转换级；终端收集级负责中央级扇出信号经过光缆传输后到达设备终端的四种光纤信号的收集，并三级扇出；终端转换级负责4种信号的光电转换，并扇出多路，直接提供设备使用；

中央收集级实现信号一级扇出：系统集成安装在2U机箱里的母板上，使用光纤跳线将其中1个FMC接口I/O组设置为输入模式，并在接口处安装1个光纤输入接口子板；使用光纤跳线设置其他4个FMC接口I/O组为输出模式，并在4个接口处分别对应安装光纤输出接口子板；并设置各接口子板上的LED排灯，对应各I/O接口，实时显示接口状态；分别设置四套与中央收集级设置相同的母板和接口子板，接入接口子板，通过输入模式的FMC接口I/O组实时接收上述四种光纤信号，然后4个输出模式的FMC接口I/O组分别将信号扇出给4个输出接口子板，这样，每种信号通过中央收集级的一级扇出功能分别扇出8路信号；

中央扇出级实现信号二级扇出：取一路中央收集级的一级扇出信号，接入到其中第二套中央扇出级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将一级扇出的信号进行二级扇出；这样，每种信号通过中央扇出级的二级扇出功能分别扇出16路信号；

终端收集级实现信号三级扇出：取一路中央扇出级的二级扇出信号，接入到其中第三套终端收集级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将二级扇出的信号进行三级扇出；这样，每种信号通过终端收集级的三级扇出功能分别扇出24路信号；

终端转换级实现信号四级扇出并光电转化：取一路终端收集级的三级扇出信号，接入到第四套终端转换级的输入子板，根据跳线设置4个接口子板分别扇出同一个信号，将三级扇出的信号进行四级扇出；这样，每种信号通过终端转换级的四级扇出功能分别扇出32路信号；然后采用跳线方式，连接光缆，将信号传输至各分布式设备终端。