CN112260802B - 一种双冗余光电信号转换装置 - Google Patents

一种双冗余光电信号转换装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112260802B
CN112260802B CN202011115243.1A CN202011115243A CN112260802B CN 112260802 B CN112260802 B CN 112260802B CN 202011115243 A CN202011115243 A CN 202011115243A CN 112260802 B CN112260802 B CN 112260802B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
dual
optical
redundancy
conversion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011115243.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112260802A (zh
Inventor
朱芮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Original Assignee
Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute filed Critical Tianjin Jinhang Computing Technology Research Institute
Priority to CN202011115243.1A priority Critical patent/CN112260802B/zh
Publication of CN112260802A publication Critical patent/CN112260802A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112260802B publication Critical patent/CN112260802B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/22—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received using redundant apparatus to increase reliability
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/02—Details

Abstract

本发明涉及一种双冗余光电信号转换装置，其中，包括：串口驱动器、串化器、解串器、FPGA、光模块，所述的串口驱动器用于将1路RS‑422A协议的串口信号转换为TTL信号；串化器将并行开关量数据转换为LVDS差分信号；解串器将光模块接收的LVDS差分信号变为并行数据；光模块将LVDS差分电信号转换为光信号，通过尾部光纤向外传输；FPGA负责为串化器提供高精度时钟以及对串口驱动器和解串器输入的TTL方波进行去噪和平滑处理。本发明双冗余光电信号转换装置发送端和接收端共同构成通信系统，减少了设备间互联电缆的数量，增强了抗电磁干扰性，提高了通信的可靠程度。

Description

一种双冗余光电信号转换装置
技术领域
本发明属于通信装置，具体涉及一种基于光电转换技术的通信装置。
背景技术
现有的控制设备间信号传输媒介为电缆，每个控制号位开关量、串口等接口数量众多。控制号位的增加，必然导致电缆数量增多、线径增大，使狭小的设备安装空间电磁环境更为复杂。
因此现有的传输方式的缺点在于：1.大量的开关量、串口等接口数据造成电缆数目繁多；2.为了增强电缆抗电磁干扰能力，通常选择带屏蔽保护的电缆，导致电缆柔韧度差，不容易在狭小空间敷设。
如图1所示。现有的控制设备与执行设备之间使用电缆互联，控制设备向执行设备每个控制号位发送开关量和串口指令信息，这些信息流最后由执行设备汇总后输出。同时每个控制号位的开关量状态信息以及串口信息也由执行设备反馈给控制设备。可见开关量、串口电缆均是分立的，这样的通信模式无疑造成了控制设备与执行设备间电缆直径大而数量繁多。
发明内容
本发明针对现有传输方式技术的不足，提供一种集成度高的基于光电转换技术的通信装置。
本发明一种双冗余光电信号转换装置，其中，双冗余光电信号转换装置发送端和接收端共同构成通信系统，一双冗余光电信号转换装置发送包括：串口驱动器、串化器、解串器、FPGA、光模块，所述的串口驱动器用于将1路RS-422A协议的串口信号转换为TTL信号；串化器将并行开关量数据转换为LVDS差分信号；解串器将光模块接收的LVDS差分信号变为并行数据；光模块将LVDS差分电信号转换为光信号，通过尾部光纤向外传输；FPGA负责为串化器提供高精度时钟以及对串口驱动器和解串器输入的TTL方波进行去噪和平滑处理。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，所述的光模块分别提供2个光纤收发通道，用于光信号的双冗余传输。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，所述的单个串化器和解串器提供24路并行数据与1路LVDS差分信号间的转换。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，串化器和解串器的数量为2个。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，所述的串口驱动器设置48个。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，所述FPGA内部包括PLL时钟模块、发送FIFO、接收FIFO以及信号去噪模块，PLL时钟模块用于向串化器以及FPGA内部模块匹配多输出的精确时钟；发送FIFO和接收FIFO用于建立数据读写时序，匹配外部不同传输速率的信号源；信号去噪模块用于去除TTL方波信号的尖峰值。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，串化器和解串器最高工作频率为40MHz。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，发送端双冗余光电信号转换装置位于控制设备中，控制设备的开关量以及串口指令性电信号通过内部总线进入发送端的双冗余光电信号转换装置，经光电转换后，将开关量、串口等指令性电信号转换为光信号向外输出，光信号由光缆进入接收端的双冗余光电信号转换装置。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，每个控制号位将开关量状态信息以及串口信息反馈至执行设备，执行设备内的接收端的双冗余光电信号转换装置通过光纤将光信号送至发送端的双冗余光电信号转换装置。
根据本发明的一种双冗余光电信号转换装置的一实施例，其中，发送端双冗余光电信号转换装置的RS-422A差分信号进入串口驱动器，变为TTL信号，连同开关量信号，经过FPGA去噪后进入串化器，串化器工作时钟由FPGA提供，串化器输出1路LVDS差分信号进入光模块，经光电转换后再由尾纤向外输出光信号；光信号经过光缆进入接收端的双冗余光电信号转换装置，光模块将接收的光信号转换为LVDS差分信号，进入解串器，解串器解串出开关量信息以及TTL电信号，TTL电信号由串口驱动器转换为RS-422A协议的串口数据形式，这样完成一次工作流程。
本发明的优点是，双冗余光电信号转换装置发送端和接收端共同构成通信系统，减少了设备间互联电缆的数量，增强了抗电磁干扰性，提高了通信的可靠程度。
附图说明
图1是现有通信方式信息流示意图；
图2是本发明提供的通信装置的信息流示意图；
图3是双冗余光电信号转换装置原理示意图。
图4是FPGA内部模块功能示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图2至图4所示，本发明一种双冗余光电信号转换装置包括串口驱动器、串化器、解串器、FPGA、光模块，其特征在于所述的串口驱动器用于将1路RS-422A协议的串口信号转换为TTL电平信号；串化器负责将并行开关量数据转换为LVDS差分信号；解串器负责将LVDS差分信号变为并行开关量数据；光模块用于将LVDS差分电信号转换为光信号，通过尾部光纤向外传输数据；FPGA负责为串化器提供高精度时钟以及对TTL方波进行去噪和平滑处理。
如图2至图4所示，光模块提供2路光纤收发通道，用于光信号的双冗余传输。单个串化器/解串器最高可以提供24路并行数据与1路LVDS差分信号间的转换。串化器和解串器的数量均为2个。串化器/解串器最高工作频率为40MHz。串口驱动器最多可设置48个，本专利中为4个。FPGA内部包括PLL时钟模块、发送FIFO、接收FIFO、信号去噪模块。PLL时钟模块用于向串化器以及FPGA内部模块匹配多输出的精确时钟；发送接收FIFO用于建立数据读写时序，匹配外部不同传输速率的信号源；信号去噪模块用于去除TTL方波信号的尖峰值。
如附图2所示，一种双冗余光电信号转换装置工作过程大致如下：
双冗余光电信号转换装置(发送端)位于控制设备中，控制设备的开关量、串口等指令性电信号通过内部总线进入双冗余光电信号转换装置(发送端)，经光电转换后，将开关量、串口等指令性电信号转换为光信号向外输出，为增加传输可靠性，特设置双冗余光纤传输机制；光信号由光缆进入双冗余光电信号转换装置(接收端)，双冗余光电信号转换装置接收端和发送端设计相同，该装置安装于执行设备中，经光电转换后，转为电信号，经执行设备处理使用。
每个控制号位将开关量状态信息以及串口信息反馈至执行设备，执行设备内的双冗余光电信号转换装置(接收端)通过光纤将光信号送至双冗余光电信号转换装置(发送端)。
由此可见，双冗余光电信号转换装置发送端和接收端只通过4根光缆连接，并且实现了双冗余传输，大大区别于图1所示的现有设备间的电缆互联方式。设备的开关量、串口信号均以光缆为传输媒介，减少了现有电缆的种类和数量。即使在复杂电磁环境的空间，光纤抗干扰性强，各通道彼此独立，信息传输可靠。光缆柔韧度高，方便于狭小空间敷设。双冗余光电信号转换装置特进行了双冗余设计，在增加传输通道、提高可靠性的基础上，还优化了传输线缆。
双冗余光电信号转换装置内部工作流程大致如下，如图3、4所示：
双冗余光电信号转换装置(发送端)：RS-422A差分信号进入串口驱动器，变为TTL信号，连同开关量信号，经过FPGA去噪后进入串化器。串化器工作时钟由FPGA提供。串化器输出1路LVDS差分信号进入光模块，经光电转换后再由尾纤向外输出光信号。光信号经过光缆进入双冗余光电信号转换装置(接收端)，光模块将接收的光信号转换为LVDS差分信号，进入解串器，解串器解串出开关量信息以及TTL电信号，TTL电信号由串口驱动器转换为RS-422A协议的串口数据形式，这样完成一次工作流程。
双冗余光电信号转换装置中FPGA负责为串化器以及FPGA内部模块匹配多输出的精确时钟；建立数据读写时序，匹配外部不同传输速率的信号源；执行信号去噪和平滑处理。
PLL时钟模块用于解决外部时钟输入与内部震荡信号同步，这对串化器等时钟精度要求高的芯片尤为重要。例化PLL时钟IP核的外部输入时钟频率为65MHz，输出多种频率时钟用于其他模块芯片使用，其中输出32.5MHz时钟，通过FPGA全局时钟引脚输出至串化器。
FIFO模块用于接收和发送TTL电平数据，建立数据读写时序。该模块使用上述PLL时钟模块输出的13MHz频率，设置FIFO写数据位宽8bit，深度32位，读数据位宽16bit。
信号去噪模块实现进入FIFO模块内的信号的平滑处理，通过三模冗余的方法去除噪声。
上述部分器件的相关参数如下：
1)光模块采用国产JM048L-4M8622101-T，具有光纤四发四收的能力，工作波长为850nm，多模光纤输出，功耗小于0.8W。
2)串化器/解串器采用TI公司的DS99R103TVS/DS99R104TVS，具有24路并行开关量与1路LVDS差分信号转换的能力，最高工作频率40MHz。
3)FPGA采用Xilinx Spartan6系列芯片，提供576个可编程通用IO引脚，内部时钟频率可达300MHz，622Mb/s IO传输速率。
4)串口驱动器采用ADM2582EBRWZ，最大数据传输速率：16Mbps。
本发明的效果包括：
1)将开关量、串口等接口数据集中在一个装置上进行光电转换，这样实现了信号传输装置的集成简化，转换后的信号以光纤作为传输媒介，这样也减少了传输光纤数量；
2)光纤本身线缆轻便，柔韧性好、易于弯折，抗电磁干扰性好，减少了线缆敷设的不便。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双冗余光电信号转换装置，其特征在于，双冗余光电信号转换装置发送端和接收端设计相同，共同构成通信系统，双冗余光电信号转换装置发送端和接收端只通过4根光缆连接；发送端包括：串口驱动器、串化器、解串器、FPGA、光模块，所述的串口驱动器用于将1路RS-422A协议的串口信号转换为TTL信号；串化器将并行开关量数据转换为LVDS差分信号；解串器将光模块接收的LVDS差分信号变为并行数据；光模块将LVDS差分电信号转换为光信号，通过尾部光纤向外传输；FPGA负责为串化器提供高精度时钟以及对串口驱动器和解串器输入的TTL方波进行去噪和平滑处理；
双冗余光电信号转换装置发送端的RS-422A差分信号进入串口驱动器，变为TTL信号，连同开关量信号，经过FPGA去噪后进入串化器，串化器工作时钟由FPGA提供，串化器输出1路LVDS差分信号进入光模块，经光电转换后再由尾纤向外输出光信号；
光信号经过光缆进入双冗余光电信号转换装置接收端，光模块将接收的光信号转换为LVDS差分信号，进入解串器，解串器解串出开关量信息以及TTL电信号，TTL电信号由串口驱动器转换为RS-422A协议的串口数据形式，这样完成一次工作流程；
所述的单个串化器和解串器提供24路并行数据与1路LVDS差分信号间的转换；
串化器和解串器的数量为2个。
2.如权利要求1所述的一种双冗余光电信号转换装置，其特征在于，所述的光模块分别提供2个光纤收发通道，用于光信号的双冗余传输。
3.如权利要求1所述的一种双冗余光电信号转换装置，其特征在于，所述的串口驱动器设置48个。
4.如权利要求1所述的一种双冗余光电信号转换装置，其特征在于，所述FPGA内部包括PLL时钟模块、发送FIFO、接收FIFO以及信号去噪模块，PLL时钟模块用于向串化器以及FPGA内部模块匹配多输出的精确时钟；发送FIFO和接收FIFO用于建立数据读写时序，匹配外部不同传输速率的信号源；信号去噪模块用于去除TTL方波信号的尖峰值。
5.如权利要求1所述的一种双冗余光电信号转换装置，其特征在于，串化器和解串器最高工作频率为40MHz。
6.如权利要求1所述的一种双冗余光电信号转换装置，其特征在于，双冗余光电信号转换装置发送端位于控制设备中，控制设备的开关量以及串口指令性电信号通过内部总线进入双冗余光电信号转换装置发送端，经光电转换后，将开关量、串口等指令性电信号转换为光信号向外输出，光信号由光缆进入双冗余光电信号转换装置接收端。
7.如权利要求1所述的一种双冗余光电信号转换装置，其特征在于，每个控制号位将开关量状态信息以及串口信息反馈至执行设备，执行设备内的双冗余光电信号转换装置接收端通过光纤将光信号送至双冗余光电信号转换装置发送端。
CN202011115243.1A 2020-10-19 2020-10-19 一种双冗余光电信号转换装置 Active CN112260802B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011115243.1A CN112260802B (zh) 2020-10-19 2020-10-19 一种双冗余光电信号转换装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011115243.1A CN112260802B (zh) 2020-10-19 2020-10-19 一种双冗余光电信号转换装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112260802A CN112260802A (zh) 2021-01-22
CN112260802B true CN112260802B (zh) 2022-10-28

Family

ID=74245680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011115243.1A Active CN112260802B (zh) 2020-10-19 2020-10-19 一种双冗余光电信号转换装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112260802B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630973A (zh) * 2009-08-07 2010-01-20 北京航空航天大学 一种光纤传输控制方法及系统
CN107426551A (zh) * 2016-05-24 2017-12-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于FPGA的全模式Cameralink数字图像光端机接收端及发射端
CN110784263A (zh) * 2019-11-05 2020-02-11 中航华东光电（上海）有限公司 一种基于fpga具有冗余功能的光纤传输装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4898948B1 (ja) * 2010-09-10 2012-03-21 株式会社フジクラ データ伝送装置、データ伝送方法、およびデータ伝送装置制御プログラム
CN102882604B (zh) * 2012-10-15 2016-09-14 中国电子科技集团公司第八研究所 微型化多路双向信号光纤传输组件
CN104113740B (zh) * 2014-07-28 2017-06-13 中国科学院光电技术研究所 一种混合格式信号光纤传输装置
US10084509B2 (en) * 2015-12-01 2018-09-25 Hughes Network Systems, Llc Flexible redundancy using RF switch matrix
CN107317874B (zh) * 2017-07-26 2020-05-19 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种机载多拓扑双交换结构的网络设计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630973A (zh) * 2009-08-07 2010-01-20 北京航空航天大学 一种光纤传输控制方法及系统
CN107426551A (zh) * 2016-05-24 2017-12-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于FPGA的全模式Cameralink数字图像光端机接收端及发射端
CN110784263A (zh) * 2019-11-05 2020-02-11 中航华东光电（上海）有限公司 一种基于fpga具有冗余功能的光纤传输装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112260802A (zh) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8990460B2 (en) CPU interconnect device
CN102164006B (zh) 一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路
CN105281783A (zh) 基于fpga和dsp平台的信号解码单元及其实现方法
CN104022828B (zh) 一种基于异步通信模式的光纤数据传输方法
CN110837486B (zh) 一种基于FPGA的FlexRay-CPCIe通信系统
CN103747220A (zh) 计算机通用接口的数据光纤传输系统
CN109889268A (zh) 一种基于fpga的usb远程传输系统及方法
CN116680221B (zh) 一种分布式高速信号收发处理系统
CN108462620B (zh) 一种吉比特级SpaceWire总线系统
CN203643598U (zh) 雷达数据记录设备
US20150207568A1 (en) Optical transmission device and optical transceiver module
CN112260802B (zh) 一种双冗余光电信号转换装置
CN202043114U (zh) 信号接收发送装置
CN210246906U (zh) 光纤矩阵交换机传输装置及转换接口装置
CN110955622A (zh) 数据传输装置及usb光纤延长器
CN114442514A (zh) 一种基于fpga的usb3.0/3.1控制系统
CN202019359U (zh) 一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路
CN113676253A (zh) 一种基于FPGA的FlexRay总线光纤通信模块
CN110708119A (zh) 一种多路1553b总线光纤中继装置和方法
CN214042270U (zh) 一种基于Type-C端口的KVM切换器
CN110597748B (zh) 一种基于tlk2711的高速通信接口及数据处理系统
CN208820756U (zh) 一种rs485通信隔离电路
CN105740186A (zh) 高速数据转接板电路
CN219227609U (zh) 基于光纤介质的jesd204b数据传输系统
CN105162479B (zh) 基于数模混合设计的谐波抑制系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant