CN112505854A - 一种在自由空间中进行通信的光收发装置 - Google Patents

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王桥
具佶勋
伍林
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Abstract

本发明涉及一种在自由空间中进行通信的光收发装置，所述装置包括：输入接口，用于输入电信号；传送电路板，与输入接口连接，用于对电信号进行处理；镭射二极管，与传送电路板连接，用于将电信号转化为光信号；受光检光器，与镭射二极管相对且间隔设置，用于接收光信号，将光信号转化为电信号；接收电路板，与受光验光器连接，用于将电信号进行处理；输出接口，与接收电路板连接，用于输出电信号。输入接口输入的电信号经过传送电路板的处理后从镭射二极管以光信号的形式射出，受光检光器接收到光信号后将光信号转化为电信号，电信号经过接收电路板处理后从输出接口输出，使信号在不使用光纤的情况下实现超短距离传输。

Description

一种在自由空间中进行通信的光收发装置
技术领域
本发明涉及短距离通信的技术领域，尤其是涉及一种在自由空间中进行通信的光收发装置。
背景技术
目前光通信模块大部分是建立在长距离传输的应用上面，波长一般采用长波长如1310，1550nm。对于短距离传输的产品一般采用850nm。但是无论哪种都是需要至少两个模块进行对传，即一个模块中既有光发射次模块（TOSA）也有光接收次模块（ROSA），但是光发射次模块（TOSA）和光接收次模块（ROSA）不是相互传输工作而是需要与远处的另一个模块搭配使用，为应对距离问题通过光纤进行连接实现光的传输。
本申请设计一款超短距离传输的光模块，不依赖光纤传输而是在空气中进行传输，并且是TOSA(光发射次模块)与ROSA光接收次组件直接对接，不需要类似传统方案采用两个模块完成工作。
发明内容
本发明目的提供一种在自由空间中进行通信的光收发装置，具有不使用光纤实现光信号传输的特点。
一种在自由空间中进行通信的光收发装置，所述装置包括：输入接口，用于输入电信号；传送电路板，与输入接口连接，用于对电信号进行处理；镭射二极管，与传送电路板连接，用于将电信号转化为光信号；受光检光器，与镭射二极管相对且间隔设置，用于接收光信号，将光信号转化为电信号；接收电路板，与受光验光器连接，用于将电信号进行处理；输出接口，与接收电路板连接，用于输出电信号；所述传送电路板与所述接收电路板间隔设置，所述镭射二极管与所述受光验光器之间设有管体，所述管体一端同轴连接镭射二极管、另一端同轴连接受光验光器。
通过采用上述技术方案，输入接口输入的电信号经过传送电路板的处理后从镭射二极管以光信号的形式射出，受光检光器接收到光信号后将光信号转化为电信号，电信号经过接收电路板处理后从输出接口输出。管体可避免外界环境对镭射二极管与受光验光器之间光路的影响。传送电路板与接收电路板间隔设置，可避免两个电路板上的电路发生电流干扰。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述管体由透明材料制成。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述管体为玻璃管。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传送电路板的电子元件外和接收电路板的电子元件外均罩设有屏蔽罩。
通过采用上述技术方案，屏蔽罩可防止传送电路板上的电子元件与接收电路板上的电子元件发生电磁干扰。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：第一耦合模块，连接输入接口，用于对电信号进行耦合；驱动模块，连接第一耦合模块的输出端，用于电信号进行放大；滤波模块，与驱动模块连接，用于滤除电信号中的噪声；阻抗匹配模块，与驱动模块和滤波模块连接，与镭射二极管的输入端连接，用于匹配输出接口的阻抗。
通过采用上述技术方案，输入接口输入的电信号经过耦合、驱动、滤波、阻抗匹配，从镭射二极管由电信号转化为光信号射出。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述接收电路板包括：第二耦合模块，连接受光检光器，用于耦合电信号；放大模块，与第二耦合模块连接，用于放大电信号；第三耦合模块，与放大模块的输出端连接，与输出接口的输入端连接，用于对放大后的电信号进行耦合。
通过采用上述技术方案，受光检光器将光信号转化为电信号后，经过第一次耦合、放大和第二次耦合，从输出接口输出。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
(1)输入接口输入的电信号经过传送电路板的处理后从镭射二极管以光信号的形式射出，受光检光器接收到光信号后将光信号转化为电信号，电信号经过接收电路板处理后从输出接口输出；
(2)管体可避免外界环境对镭射二极管与受光验光器之间光路的影响；
(3)传送电路板与接收电路板间隔设置，可避免两个电路板上的电路发生电流干扰。
附图说明
图1是本申请一种在自由空间中进行通信的光收发装置的连接结构示意图；
图2是本申请一种在自由空间中进行通信的光收发装置的爆炸图；
图3是本申请一种在自由空间中进行通信的光收发装置的装置原理框图；
图4是本申请一种在自由空间中进行通信的光收发装置的传送电路板的电路图；
图5是本申请一种在自由空间中进行通信的光收发装置的接收电路板的电路图。
附图说明：1、输入接口；2、传送电路板；3、镭射二极管；4、受光检光器；5、接收电路板；6、输出接口；7、管体；8、屏蔽罩；9、铜环。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
本发明实施例提供一种在自由空间中进行通信的光收发装置，参照图1，包括输入接口1、传送电路板2、镭射二极管3、受光检光器4、接收电路板5和输出接口6。其中，传送电路板2与接收电路板5在同一水平面间隔设置。输入接口1和镭射二极管3安装于传送电路板2上，并且与传送电路板2上的电子元件信号连接。输出接口6和受光检光器4安装于接收电路板5上，并且与接收电路板5上的电子元件信号连接。镭射二极管3安装于传送电路板2上靠近接收电路板5的一侧，受光验光器安装于接收电路板5靠近传送电路的一侧，并且镭射二极管3与受光验光器相对且间隔设置，更具体的，镭射二极管3的发光元件与受光验光器的受光元件相对设置，相对设置的原则是镭射二极管3发出的光信号射线能够直射至受光元件。
镭射二极管3与受光验光器4之间连接有管体7，管体7的一端连接镭射二极管3，并包围镭射二极管3的发光元件，管体7的另一端连接受光验光器4，并包围受光验光器4的受光元件，使受光验光器4与受光验光器4的受光元件之间形成一个封闭的空气空间，并且避免受光验光器4之间的光路收到外界环境的干扰。管体7呈有透明材料制成，在本申请中，管体7为两端开口的玻璃管，玻璃管可以绝缘，发射与接收的TO不存在电串扰问题，同时玻璃管比较高温下不变形，最后外观上玻璃管可以直观的让其他人看懂空气传播的原理。在一些实施方式中，管体7也可以由塑料等材料制成。传送电路板2的电子元件和接收电路板5的电路元件外均罩设有屏蔽罩8，避免电子元件受到外界的电磁干扰和环境因素干扰，以及避免传送电路板2的电子元件和接收电路板5的电路元件相互电磁干扰。镭射二极管3的管脚通过焊锡连接于传送电路板2，受光验光器4的管脚通过激光焊接连接于接收电路板5。参照图2，管体7一端套接于镭射二极管3外，另一端套接于受光验光器4外，并通过胶水一周点胶固定管体7与镭射二极管3的连接处和管体7与受光验光器4的连接处。在镭射二极管3和受光验光器4对准合适后，再用固胶方式固定管体7与镭射二极管3的连接处和管体7与受光验光器4的连接处。最后将两个铜环9分别套接于管体7与镭射二极管3的连接处外壁和管体7与受光验光器4的连接处外壁。铜环的作用是保护玻璃管两端连接处。
参照图3，为本申请的装置原理框图。
输入接口1，用于输入电信号。其中，输入接口1可以是SMT接口、USB接口、VGA接口，TTL接口、CMOS接口等中任意一种数据接口。
传送电路板2，与输入接口1连接，用于对电信号进行处理。其中传送电路板2对电信号的处理主要包括
其中，传送电路板2包括，
镭射二极管3，与传送电路板2连接，用于将电信号转化为光信号；
受光检光器4，与镭射二极管3同轴、相对且间隔设置，用于接收光信号，将光信号转化为电信号；
接收电路板5，与受光验光器4连接，用于将电信号进行处理；
输出接口6，与接收电路板5连接，用于输出电信号。其中，输出接口6可以是SMT接口、USB接口、VGA接口，TTL接口、CMOS接口等中任意一种数据接口。
上述输入接口1、传送电路板2、镭射二极管3、受光检光器4、接收电路板5和输出接口6的实施原理为：输入接口1采用SMT接口作为数据接口，将FPC软板插入作为输入接口1，通过软件给出指令。将一定码率的电信号经传送电路调制处理后传输到镭射二极管3中，镭射二极管3发射出相应速率的调制光信号打入已经耦合好的受光检光器4中，受光检光器4中的光探测二极管转经前置放大模块后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平，流入接收电路板5进行解码，解码后的信号通过输出接口6，然后通过输出接口6连接的FPC软板流出到主设备上，从而实现通信功能。
参照图4，为本申请传送电路板2的电路图。
传送电路板2包括：
第一耦合模块，连接输入接口1(FLEX2)，用于对电信号进行耦合。在电路图中，第一耦合模块由电容C15和电容C16构成。
驱动模块，连接第一耦合模块的输出端，用于电信号进行放大。在电路图中，驱动模块由驱动芯片U3中的驱动电路实现。
滤波模块，与驱动模块连接，用于滤除电信号中的噪声。在电路图中，滤波模块由电阻R6、电容C5、电容C18、电容C19、电容C20、电感L5、 电感L7实现。
阻抗匹配模块，与驱动模块和滤波模块连接，与镭射二极管3(TOSA)的输入端连接，用于匹配输出接口6的阻抗。在电路图中，阻抗匹配模块由电阻R18电阻R19电阻R11与电感L2、电阻R15与电感L1电感L2实现。
传送电路板2的电路原理为：从输入接口1(FLEX2)输入高速电信号，经过C15、C16部分的耦合电路，将电信号耦合进入驱动芯片U3部分的驱动电路，通过滤波模块、阻抗匹配模块，去除噪声、保证信号质量，驱动镭射二极管3发光TOSA，输出光信号。
参照图5，为本申请接收电路的电路图。
接收电路包括：
第二耦合模块，连接受光检光器4(ROSA)，用于耦合电信号。在电路图中，第二耦合模块由电容C1和电容C2构成。
放大模块，与第二耦合模块连接，用于放大电信号。在电路图中，放大模块由芯片U1中的放大电路构成。
第三耦合模块，与放大模块的输出端连接，与输出接口6(FLEX1)的输入端连接，用于对放大后的电信号进行耦合。在电路图中，第三耦合模块，由电容C9和电容C10构成。
接收电路板5的电路原理为：
受光检光器4(ROSA)接收到来自镭射二极管3(TOSA)输出的光信号，将光信号转换成电信号，经过C1、C2部分进行耦合、芯片U1部分对电信号进行放大，再利用C9、C10部分耦合电路耦合，从输出接口6(FLEX1)输出耦合后的电信号。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种在自由空间中进行通信的光收发装置，其特征在于，所述装置包括：
输入接口(1)，用于输入电信号；
传送电路板(2)，与输入接口(1)连接，用于对电信号进行处理；
镭射二极管(3)，与传送电路板(2)连接，用于将电信号转化为光信号；
受光检光器(4)，与镭射二极管(3)相对且间隔设置，用于接收光信号，将光信号转化为电信号；
接收电路板(5)，与受光验光器连接，用于将电信号进行处理；
输出接口(6)，与接收电路板(5)连接，用于输出电信号；
所述传送电路板(2)与所述接收电路板(5)间隔设置，所述镭射二极管(3)与所述受光验光器之间设有管体(7)，所述管体(7)一端同轴连接镭射二极管(3)、另一端同轴连接受光验光器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管体(7)由透明材料制成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述管体(7)为玻璃管。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传送电路板(2)的电子元件外和接收电路板(5)的电子元件外均罩设有屏蔽罩(8)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传送电路板(2)包括：
第一耦合模块，连接输入接口(1)，用于对电信号进行耦合；
驱动模块，连接第一耦合模块的输出端，用于电信号进行放大；
滤波模块，与驱动模块连接，用于滤除电信号中的噪声；
阻抗匹配模块，与驱动模块和滤波模块连接，与镭射二极管(3)的输入端连接，用于匹配输出接口(6)的阻抗。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收电路板(5)包括：
第二耦合模块，连接受光检光器(4)，用于耦合电信号；
放大模块，与第二耦合模块连接，用于放大电信号；
第三耦合模块，与放大模块的输出端连接，与输出接口(6)的输入端连接，用于对放大后的电信号进行耦合。
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