CN1980096B - 用于激光驱动电路的故障传感系统 - Google Patents

Abstract

提供一种装置和方法来检测激光控制系统中已经发生了哪种故障，以及捕获并识别首次故障发生。该装置包括集成电路，该集成电路中具有通过微控制器或主系统来设置的屏蔽寄存器，以选择将记录哪种故障源。其中存储有故障指示的状态位寄存器还可由微控制器或主系统询问。可置位的首次故障状态寄存器确定是否每个故障或只有首次故障得到记录。

Description

用于激光驱动电路的故障传感系统

相关申请的交叉引用

本发明要求申请于2005年12月6日的专利申请No.60/742,931的优先权，在此引入其作为参考。 

技术领域

本发明涉及一种用于激光驱动电路的故障传感系统，更特别地，涉及这样一种故障传感系统，其用于检测远程通信系统的发射模块的激光驱动器中的故障，以及用于检测哪个故障信号首先发生。 

背景技术

多数激光器驱动器都具有检测故障的电路和指示故障存在的单线。例如，Freitag等人的美国专利5,999,549公开了一种检测激光器故障情况和产生激光器故障控制信号的装置，其被用来使激光器在规定的状态下不可用。但是，该装置只具有来自监测二极管的单个输入，并且产生单个输出来指示故障情况。 

在另一个实例中，Romm的美国专利6,792,020公开了一种用于光电发射机的驱动电路，其在驱动器中具有第一故障激活电路，该第一故障激活电路激活使该驱动器不能用的故障信号，以及激活第二故障激活信号，该第二故障激活信号记录驱动器的数字参数位于目标范围之外的任何周期的持续时间。根据提供的故障信号，其不能区别哪种故障情况是根源，也不能分开记录或存储在驱动电路中的故障信号。 

存在几种相互不排斥的故障源。始发故障可能导致其它故障同样也被检测到，例如始发故障可能导致激光器不能用，其可能导致另一个故障被报告。在现有的设计中，故障信号虽然被记录，但是没有记录这些故障信号发生的根源或顺序的任何指示。当故障发生时，没有办法确定其原始来源。因此确定该故障的根源可能需要长时间的侦错处理。 

本发明的目的是改进故障传感系统以提供更多信息来识别始发故障。 

本发明的另一个目的是确定故障信号发生的顺序。 

发明内容

本申请中的故障传感系统是专用集成电路中的电子电路，其被用来控制用于检测和记录故障的激光二极管源。这种系统的一个普通应用可以是用在数据传输和远程通信的光收发机中。通常，这种系统在采用了具有检测多个故障的传感器的其它类型的激光器或模块的所有应用中都是有用的。 

为了有助于已记录故障的侦错，开发了一种方法，记录故障源以及记录在一系列故障发生中哪个故障首先发生。其提供了一种查找和定位故障的根本原因的有序方法。通过数字界面可以得到故障的根源和顺序。 

可能的故障源是(不是完全的清单)：激光器阴极上的过电压或欠电压；激光器阳极上的过电压或欠电压；激光器阴极上的开路或短路；激光器阳极上的开路或短路；反馈光电探测器上的过电压或欠电压；反馈光电探测器上的开路或短路；相对于一些独立参考的激光器过电流。 

这些故障不是互相排斥的。一个故障的启动可能导致另一个故障源被激活，因而导致多个故障指示。这对于分辨故障始发源的诊断是有益的。这将导致较容易和较快地确定故障根本原因。 

因此，本发明涉及提供一种故障传感系统，该系统具有检测来自不同根源的故障情况的多个输入，并具有触发通用发射机故障指示的装置以及存储故障源信息的故障寄存器。 

本发明的另一个方面涉及一种以确定并记录哪种故障首先发生的模式运行故障传感系统的方法。 

本发明还具有这样的特征，允许通过数据总线由微控制器或主系统选择故障传感系统的运行模式和故障状态的询问。 

本发明请求保护一种集成电路中的故障传感装置，用于连接到主系统中的激光模块，该故障传感装置包括激光驱动电路，该激光驱动电路包括多个检测点，每个检测点连接在用于监测该激光模块中的多个运行故障的故障传感器上，其中每个检测点执 行与参考电平的比较并基于该比较输出故障信号；分开存储每个故障信号以使得能独立地识别每个运行故障的状态位寄存器。 

以上定义的故障传感装置还包括位于检测点和状态位寄存器之间的逻辑块，用于接收故障信号并输出报警信号到该状态位寄存器；以及提供控制信号到所述逻辑块的寄存器，用于将所选的故障信号连接到报警信号。 

根据前述的故障传感装置，其中该寄存器包括首次故障状态寄存器，该首次故障状态寄存器被设置，使该逻辑块在已经检测到了故障信号的首次发生之后不能输出任何随后的报警信号。 

附图说明

将参考描述本发明优选实施例的附图更详细地描述本发明，其中： 

图1是示意性电路图，该示意性电路图布置出依照本发明的故障传感系统的主要元件。 

具体实施方式

参考图1，根据本发明的故障传感系统10的例子是专用集成电路(IC)11中的电子电路，其用来控制用于数据传输和远程通信的光收发机中的激光二极管21。IC11具有从产生的一系列故障中确定首个故障(按时间顺序)的能力。 

图1所示的特殊实施例的特征是激光驱动电子控制电路20，其维持激光模块21上的恒定光功率。激光驱动器20提供激光模块21适当运行所需的全部控制和传感能力。激光器模块21通常包括激光二极管，监测PIN光电二极管，珀尔帖热电冷却器(TEC)，热敏电阻温度传感器，和各种相关的电路元件，例如电阻和电容。激光驱动电子控制电路20施加驱动电流到该激光二极管以实现所需的光输出，以及施加另一驱动电流到该TEC以冷却激光二极管组件到预定的温度。激光驱动电子控制电路20同样监测与该激光二极管的运行相关的各种运行参数。例如，通常提供激光模块21内部以及激光驱动电路20中的传感器来产生模拟信号，所述模拟信号相应于激光器阴极电压，激光器阳极电压，流入激光器阴极的电流，流入激光器阳极的电流，反馈光电探测器上的电压，反馈光电探测器中的电流，以及激光模块21内部或激光驱动电路20中不同位置处的温度。 

包括激光模块21和集成电路11的激光驱动系统通常在动态环境和需要实施诸如切断施加到激光模块21的电流以防止损坏系统的纠正措施的运行设置中运行，所述运行设置偶尔可能超过激光模块21的允许额定值。有许多可能的原因导致不适当的激光器运行：差的制造工序，印刷电路板(PCB)缺陷，极限温度，以及非授权用户的窜改，这里仅举几个例子。因此，针对有害运行的电路对策需要激光器驱动电路20中的模拟检测点CP₀……CP_n来监测传感器产生的模拟信号，以确保运行参数保持在特定公差之内。 

模拟检测点CP₀…CP_n通常具有接收模拟输入并产生数字输出的比较器，其起模数转换器的作用。这些比较器具有与那些被监测的运行参数相比较的输入参考电平。例如，当运行参数落入其参考电平之内时，相应检测点CP_i的数字输出产生对应于逻辑‘0’的输出，对应于正常情况。当运行参数落入其参考电平之外时，相应检测点CP_i的数字输出改变状态到对应于逻辑‘1’的输出，对应于故障情况。因此，涵盖由‘n’个独立的传感器测得的‘n’个运行参数的检测点CP₀…CP_n产生指示它们状态的‘n’个数字信号22。 

偶尔地，由于诊断或操作的原因，可能需要忽略或遮盖CP₀…CP_n中某些检测点处的故障情况，以防止它们产生报警条件。为了这个目的，可以使用掩模位寄存器17。来自每个检测点CP₀…CP_n的数字信号在逻辑块25中与掩模位寄存器17中相应的掩模位相与，所以主系统14可使任何被选择的检测点CP₀…CP_n不可用。通过设置适当的掩模位为逻辑‘0’。设置在串行外围接口(SPI)寄存器16中的掩模位寄存器17保持所需的掩模状态。对于任何从逻辑“0”转换到逻辑“1”的检测点节点，对应于掩模位寄存器17中逻辑电平“1”的检测点状态CP₀…CP_n将通过逻辑块25，其中“1”表示故障情况。从该点向前，集成电路11中的进一步信号处理取决于首次状态寄存器18的状态，该寄存器18由微控制器12通过SPI总线13设置或由主系统14通过I2C总线15设置。 

对于使首次状态寄存器18能捕获首次故障的情况，将其状态设置为逻辑“1”。 

微控制器12或主系统14将逻辑“1”写入设置在SPI中心寄存器组16中的首次状态寄存器18的位。当在激光驱动电路20的‘n’个检测点CP₀…CP_n的特定检测点CP_i检测到故障时，信号22被传输到逻辑块25中的单逻辑、3输入与门A_i，其依次穿过n-宽或门27。或门27状态的改变导致RS触发器28锁定逻辑“1”信号，其被传 递到发射机故障指示器29和逻辑块25中的与非门30。逻辑块25中的与门A_i的输出设置‘n’个触发器FF₀…FF_n中的相应FF_i。触发器FF₀…FF_n的状态被传输到状态位寄存器19，该状态位寄存器19的内容可由微控制器12或主系统14通过它们各自的总线，即SPI总线13或I2C总线15，询问。由于与非门30的两个输入现在都设置为逻辑“1”，所以与非门30的输出从逻辑“1”转换到逻辑“0”状态。所产生的状态改变被送到逻辑块25的所有与门A₀……A_n，所以来自激光驱动器20的任何其它故障信号都被阻挡而无法传到SPI中心寄存器组16中的状态位寄存器19。 

另一种情况是首次状态寄存器18能使所有故障通过，通过微控制器12或主系统14将其设置为逻辑“0”。 

在微控制器12或主系统14将逻辑“0”写入设置在SPI中心寄存器组16中的首次状态寄存器18之后，激光驱动器20的‘n’个检测点CP₀…CP_n的特定检测点CPi中检测到的任何故障导致逻辑“1”信号被传输到逻辑块25中的单逻辑与门A_i，如上所述。 

与门A₀……A_n的输出状态被传输到n-宽或门27。RS触发器28锁定或门27的输出状态并将其传输到与非门30以及发射机故障指示器29。然而，这种情况下与非门30的来自首次状态寄存器18的输入被设置为逻辑“0”，所以与非门30的输出保持逻辑“1”状态。由于与非门30的输出上的逻辑“1”与检测点CP₀…CP_n的所有输出相与，所以当来自激光驱动器20的后续故障发生时，该后续故障将设置相应的触发器FF₀…FF_n。如前述情况那样，触发器FF₀…FF_n的状态被传输到SPI中心寄存器组16中的状态位寄存器19，从而记录所有故障的发生。 

发射机禁止电路23以及外部复位控制24给所有已记录的故障指示提供复位，它们两者在正常运行下都具有逻辑“1”状态的输出。如果与非门26两个输入中的一个或两个都被设置成逻辑“0”状态，则与非门26的输出被设置为逻辑“1”状态，这将复位触发器FF₀…FF_n逻辑“0”状态，并表示无错情况。 

SPI中心寄存器组16中的状态位寄存器19与微控制器12一起使用，以设置激光驱动器20的运行参数，用以控制激光模块21，包括诸如降低或禁止到激光模块21的电源、调整温度设置元件等类似功能。依次地，微控制器12可由主系统14控制。 

Claims (7)

1.一种集成电路中的故障传感系统，用于连接到主系统中的激光模块，所述故障传感系统包括：

激光驱动电路(20)，该激光驱动电路(20)包括多个检测点，每个检测点连接在用于监测该激光模块中的多个运行故障的故障传感器上，其中每个检测点执行与参考电平的比较并基于该比较输出故障信号(22)；

SPI中心寄存器组(16)，包括状态位寄存器(19)和首次故障状态寄存器(18)，所述状态位寄存器(19)用于分开存储每个故障信号以使得能独立地识别每个运行故障，所述首次故障状态寄存器(18)用于控制报警信号的获取；和

位于所述检测点和状态位寄存器之间的逻辑块(25)；

其中，所述状态位寄存器(19)被布置以提供控制信号到所述逻辑块；所述逻辑块(25)用于接收所述故障信号并输出报警信号到所述状态位寄存器；所述首次故障状态寄存器(18)被设置，使该逻辑块在已经检测到了故障信号的首次发生之后不能输出任何随后的报警信号。

2.根据权利要求1所述的故障传感系统，其中所述SPI中心寄存器组还包括掩模位寄存器，以向逻辑块提供连接到所述报警信号的所选的故障信号。

3.根据权利要求1所述的故障传感系统，其中所述状态位寄存器是通过微控制器可读的，以使所述主系统可以获得所述故障信号的状态。

4.根据权利要求1所述的故障传感系统，其中所述SPI中心寄存器组是通过微控制器可设置的，以允许所述主系统控制运行故障的捕获模式。

5.根据权利要求1所述的故障传感系统，还包括复位所述状态位寄存器的装置。

6.一种将来自激光模块的故障信息提供给主系统的方法，包括步骤：

a)在多个检测点从所述激光模块的故障情况中获取故障信息，每个检测点被连接到故障传感器并输出故障信号；

b)在状态位寄存器中存储所获取的故障信息；

c)在已经检测到首次发生的故障之后，暂停故障信息的获取；

d)通过微控制器询问所述状态位寄存器以恢复所获取的故障信息；

e)传输所获取的故障信息到所述主系统；

f)复位所述状态位寄存器；

g)重新启动所述故障信息的获取；以及

h)重复步骤a)到g)。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤：

通过微控制器设置掩模位寄存器中的位，以根据设置在所述掩模位寄存器中的位来屏蔽故障信号。