CN201365253Y - 混合信号特种光端机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种混合信号特种光端机，包括机箱以及设置在机箱内的光电转换模块。所述光电转换模块主要由模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路、信号接口、FPGA电路、复用/解复用电路和电光/光电转换电路构成。模数转换电路上设有模拟信号输入口，数模转换电路上设有模拟信号输出口，以太网协议转换电路上设有网络接口。模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路和信号接口分别与FPGA电路连接，复用/解复用电路与FPGA电路相连，电光/光电转换电路与复用/解复用电路相接。该光端机不仅能够实现多种信号的同时传输，而且能够适应恶劣环境下使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光通讯设备，具体涉及一种混合信号特种光端机。
背景技术
现有的光端机在设计上一般适用于工业或民用领域，在处理信号时只能单独传输模拟信号或数字信号，传输信号种类较少；在恶劣的条件下，整个系统难以适应，甚至造成其性能下降。特别是对于在恶劣环境中使用的设备，其显著特点就是：能适应高温潮湿、严酷低温、高强度冲击与振动、严重电磁干扰、盐雾及霉菌等，普通的光端机根本无法满足要求。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混合信号特种光端机，它们不仅能够实现多种信号的同时传输，而且能够适应恶劣环境下使用。
为解决上述问题，本实用新型所设计的混合信号特种光端机，包括机箱以及设置在机箱内的光电转换模块。所述光电转换模块主要由模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路、信号接口、FPGA(现场可编程门阵列)电路、复用/解复用电路和电光/光电转换电路构成；模数转换电路上设有模拟信号输入口，数模转换电路上设有模拟信号输出口，以太网协议转换电路上设有网络接口；模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路和信号接口分别与FPGA电路连接，复用/解复用电路与FPGA电路相连，电光/光电转换电路与复用/解复用电路相接。
脉冲信号、电平信号、和/或其他数字信号可以直接通过信号接口接入FPGA电路，但为了对信号接口进行保护，本实用新型的混合信号特种光端机还包括接口电路，信号接口通过该接口电路与FPGA电路相连，此时数字信号、脉冲信号和/或电平信号从信号接口经接口电路送入FPGA电路进行信号处理。
上述方案中，所述接口电路包括接口保护电路、电平转换电路以及光电隔离电路，接口保护电路与信号接口电路相接，接口保护电路与电平转换电路相连，电平转换电路与光电隔离电路相接，光电隔离电路与FPGA电路连接。
为了实现多信号源与多网络的互联，本实用新型的混合信号特种光端机还可包括有以太网交换机，以太网交换机上设有以太网网络信号接口，以太网交换机通过以太网协议转换电路与FPGA电路相连。当需要实现多路信号源与多路网络互联时，本实用新型的混合信号特种光端机在作为发送端与接收端的区别是：发送端的混合信号特种光端机内部配置了以太网交换机，而接收端的以太网信号则是直接送到协议转换电路。虽然发送光端机与接收光端机处理的信号数量不同，但信号种类是一样的，其信号的处理方法也是一样的，因此电路结构原理不变。
上述方案中，所述以太网交换机上设有的以太网络信号接口与不同信号源上的相同的以太网信号相连。
为了使光端机能够适应恶劣的环境，所述机箱由2～5块面板经氩弧焊接或螺钉连接而成，且在各个面板的相接的缝隙处设有导电橡胶条进行密封。
作为上述方案的改进，所述机箱的表面喷涂有三防性能的涂覆层，即防湿热、防霉菌、防盐雾，以进一步防止恶劣环境中的湿热、霉菌和盐雾对机箱的侵蚀。
本实用新型混合信号特种光端机的工作原理是：模数转换电路的核心器件采用模数转换芯片(ADC)，它负责完成对模拟信号进行高速采样、保持、量化和编码等处理，最后形成并行数字信号输出，该电路的理论基础为奈奎斯特采样定理。数模转换电路的数模转换过程是模数转换电路的模数转换的逆过程，采用的核心器件是数模转换芯片(DAC)，同样遵循奈奎斯特采样定理。为了使以太网信号能够同其它信号一起复用/解复用传输，必须将以太网信号转换为同步数据信号，把以太网进行协议转换转为HDLC协议，利用HDLC传输，能提供30Mbps的以太网数据带宽，同时相应的所需带宽也小得多。结合用户的实际需求，利用协议转换器具有较大的缓存，可以将暂时没有发出的数据存储，实现基本不丢包，因此为了节省系统带宽，本实用新型采用协议转换的方式对以太网信号进行处理。接口电路主要实现对接口保护，光电隔离和电平转换的功能。FPGA电路的主要作用是完成信号初级复用与次级的解复用功能。由于复用解复用芯片的资源有限，且对输入信号的频率有一定的要求，而用户输入的信号经信号处理后形成的并行数据远远超过复用解复用芯片能够接收的数量，且信号的速率较低，因此FPGA电路对众多的并行数据进行合理的复用和解复用，并提高信号的传输速率。复用/解复用电路的核心为专用的复用解复用芯片，其内部包含相对独立的复用单元和解复用单元；复用单元能将并行数据进行时分复用后，形成一路高速串行数据流输出，解复用单元则将接收到的高速串行信号转换成多路并行信号。电光/光电转换电路主要功能是完成电信号与光信号间的相互转换。
本实用新型与现有技术相比，能够对多种不同类型的信号进行处理，实现模拟信号和数字信号的同时传输，并且通过时分复用实现模拟和数字信号的高速双向传输；接收光端机与发送光端机由于其功能结构相同，具有很高的互换性，因而能有效降低用户备份电路的成本；机箱内的电子设备面板结构布局合理，各功能模块之间采用平板结构进行分隔屏蔽，防止功能模块之间的相互干扰。
附图说明
图1为本实用新型一种混合信号特种光端机的光电转换模块的电路原理图；
图2为本实用新型另一种混合信号特种光端机(A型)的电路原理图；
图3为本实用新型又一种混合信号特种光端机(B/C型)的电路原理图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例1的光端机通信系统为一路信号源与一个网络的信号在发送端和接收端之间传输，此时采用两个结构完全相同混合信号特种光端机(见图1)作为发送端和接收端。该混合信号特种光端机包括机箱以及机箱内部设有的光电转换模块，所述光电转换模块主要由模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路、信号接口、FPGA电路、复用/解复用电路和电光/光电转换电路构成。模数转换电路上设有模拟信号输入口，数模转换电路上设有模拟信号输出口，以太网协议转换电路上设有网络接口。模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路和信号接口分别与FPGA电路连接，复用/解复用电路与FPGA电路相连，电光/光电转换电路与复用/解复用电路相接。本实用新型的混合信号特种光端机正常工作时，外部通信设备的模拟信号通过对应的连接器进入光电转换模块，首先经过模数转换电路的采样、保持、量化和编码等处理后形成并行数字信号进入FPGA电路，FPGA电路完成并行数字信号初级复用处理，然后再把信号传输到复用/解复用电路，经过复用/解复用电路的次级复用处理之后，并行数字信号变成高速的串行数字信号，最后由电光/光电转换电路把电信号转换为光信号，再送到光纤中进行远距离传输。在接收端，信号经过逆处理，即可恢复为原来的模拟信号，即由发送端传送过来的高速串行数字信号经过电光/光电转换电路的光电转换之后，光信号转换为高速串行数字电信号，再经过复用/解复用电路的解复用作用，把高速串行数字电信号解复用为较低速的并行数字信号，此低速的并行数字信号再经过FPGA电路解复用后，经过数模转换电路的转换作用，把数字信号转换为模拟信号，最后通过对应的连接器传送到接收端的通信设备上。
实施例2：
实施例2的光端机通信系统与实施例1的光端机通信系统的原理基本相同，但为了能够实现两路信号源SR1和SR2以及两个网络X和Y的某些数字和模拟信号以及网络信号能够同时在发送端和接收端之间传输，实施例2的发送端的混合信号特种光端机(定义为A型)如图2所示，其内部配置了功能完全相同的两个光电转换单元模块(图2中用虚线分开的两部分)。与上述相配合使用的本实施例2接收端的混合信号特种光端机如图3所示，可以为2个独立的光电转换模块(定义为B型和C型)、或有两个组合在一个机箱中的两个光电转换模块(定义为B/C型)。
本实施例2对于要求同时传输两路信号源的信号，在它们输入光端机后，同时送给两个单元进行处理。对于网络信号，为了实现所有光端机的X网络接口能够相互通信，所有光端机的Y网络接口能够相互通信，且X网络接口和Y网络接口之间的相互隔离。发送端的混合信号特种光端机的两个光电转换单元中分别设计了一个快速以太网交换机，各网络接口中属于X网络的接入其中一个单元中的以太网交换机，而属于Y网络的则接入另外一个单元中的以太网交换机。然后每个以太网交换机通过以太网协议转换电路将信息进行处理(协议转换和时分复用等)、传输后分别形成两路接收光端机的网络接口信号，从而实现所有光端机网络接口之间的互联与隔离。在发送端，以太网数据信号通过以太网交换机并经过协议转换之后，与模拟信号、数字信号、和/或其它信号一起依次传入FPGA电路，复用/解复用模块电路，电光/光电转换模块电路，分别进行初级复用处理，次级复用处理和电/光转换处理，最后转换为光信号送到光纤中进行远距离传输。在接收端，经过相反的信号处理过程，即电光/光电转换电路把接收到的光信号转换为电信号，电信号经过复用/解复用模块电路和FPGA电路的处理之后，把信号送入以太网协议转换电路，转换成为以太网数据信号，送到对应的网络上。
本实施例2的混合信号特种光端机对模拟量信号的传输采用了模拟信号数字传输的技术实现，即将模拟信号数字化以后进行传输。在发送端将模拟信号经过模数转换芯片(ADC)转换为数字信号；经传输，在接收端采用数模转换芯片(DAC)重新恢复为模拟量信号。由于系统中所有模拟量的带宽相同，只是信号的幅度有所差别，因此在本实施例中采用相同的数模转换及模数转换电路对其进行处理，只是在电路的参数(如：运放增益)上有所差别，以满足不同幅度的模拟量信号的处理。
由于脉冲信号、电平信号和其他数字信号是非同步的，即设备无法确定信号在哪一时刻跳变，而光端机最后传输的都是同步信号，因此必须对这些信号进行同步化处理。同步化的目的是为了尽可能准确的判断信号的跳沿，最终使信号能够通过光端机传输。实施例2的同步化的方法就是利用高频率(相对于信号的频率而言)的时钟去采样信号，如此处理的数字信号经传输后能够无误的恢复原始信号。同步化处理在FPGA电路内部完成。数字信号可以不必经过模数转换电路的处理即可通过信号接口进入FPGA电路。但是，为了防止大电流、高电压脉冲耦合进信号输入设备时，对设备造成毁坏，因此在数字信号进入FPGA电路之前，必须对它进行接口保护、光电隔离和电平转换处理，这个处理过程是在接口电路里面完成的。该接口电路包括接口保护电路、电平转换电路及光电隔离电路，接口保护电路与信号接口电路相接，接口保护电路与电平转换电路相连，电平转换电路与光电隔离电路相接，光电隔离电路与FPGA电路连接。接口电路除了具备光电隔离和电平转换功能之外，它还具有接口保护的作用，主要由放电二极管、热敏电阻等器件来实现。经过接口电路的保护处理之后，脉冲信号和电平信号和其他数字信号同其它信号一样，也是依次传入FPGA电路和复用/解复用电路，电光/光电转换电路，分别进行初级复用处理，次级复用处理和电光转换处理，最后转换为光信号送到光纤中进行远距离传输。在接收端，也是经过相反的信号处理过程，即电光/光电转换电路把接收到的光信号转换为电信号，电信号经过复用/解复用电路和FPGA电路的处理之后，把信号送入接口电路，经过光电隔离和电平转换处理，经接口保护电路送到对应的连接器接口，最后传送到光电转换模块外的通信设备上。
本实施例2还需要传输的最后一种信号是5MHz方波时钟信号。对于已知频率的时钟信号，唯一可用的信息量就是其相位信息。相位信息的传输我们不必占用系统的有效数据带宽，而是将光链路数据的相位同步于5MHz时钟的相位。在接收端经过时钟提取后便可得到其相位信息。因此实施例2中主要由FPGA来实现光链路数据相位与输入的5MHz时钟相位的同步。
在发送端，用户信号即信号源中输入设备的信号经过处理后形成了多路并行的数字信号，因此需要将这些并行的信号串行化，最终形成一路高速的串行信号；而在接收端完成相反的过程。本实用新型中采用时分复用的方式实现信号的并串/串并转换，FPGA电路和复用/解复用电路共同完成该功能。复用/解复用电路形成的高速串行电信号由电光转换电路转化为光信号，实现信息在光纤中的传输。接收端由光电转换电路将光信号转化为电信号，以便后续电路处理。
为了适应恶劣的环境，本实用新型对混合信号特种光端机的机箱进行相应的特殊处理。机箱的壳体采用防锈铝冲制成前、后、左、右、下等5块面板后，经氩弧焊接或螺钉连接而成。机箱的内部部件选用铝合金材料经机械加工后通过螺钉连接拼成。面板缝隙处均用导电橡胶条进行密封，即在机箱的结合处开一小槽，把密封条放入槽内，当机箱盖盖下后，用螺钉拧紧机箱盖，此时就能很好的密封机箱，防止水的进入，同时整个机箱起到很好的屏蔽功能，从而达到电磁兼容性要求。机箱内部各连接部分充分考虑搭接，使整个机箱具有导电，导热性能好等特点。机箱的表面喷涂具有三防性能的涂覆层，可有效防止恶劣环境中的湿热、霉菌和盐雾对机箱的侵蚀。内部插箱部件的表面也进行了相应的表面处理，从而进一步保证机箱的热设计指标。
Claims (7)
1、混合信号特种光端机，包括机箱以及设置在机箱内的光电转换模块，其特征在于：所述光电转换模块主要由模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路、信号接口、FPGA电路、复用/解复用电路和电光/光电转换电路构成；模数转换电路上设有模拟信号输入口，数模转换电路上设有模拟信号输出口，以太网协议转换电路上设有网络接口；模数转换电路、数模转换电路、以太网协议转换电路和信号接口分别与FPGA电路连接，复用/解复用电路与FPGA电路相连，电光/光电转换电路与复用/解复用电路相接。
2、根据权利要求1所述的混合信号特种光端机，其特征在于：还包括接口电路，上述信号接口通过该接口电路与FPGA电路相连。
3、根据权利要求1或2所述的混合信号特种光端机，其特征在于：所述接口电路包括接口保护电路、电平转换电路及光电隔离电路，接口保护电路与信号接口电路相接，接口保护电路与电平转换电路相连，电平转换电路与光电隔离电路相接，光电隔离电路与FPGA电路连接。
4、根据权利要求1或2所述的混合信号特种光端机，其特征在于：还包括有以太网交换机，以太网交换机上设有以太网络信号接口，以太网交换机通过以太网协议转换电路与FPGA电路相连。
5、根据权利要求4所述的混合信号特种光端机，其特征在于：所述以太网交换机上设有的以太网络信号接口与不同信号源上的相同的以太网信号相连。
6、根据权利要求1所述的混合信号特种光端机，其特征在于：所述机箱由5块面板经氩弧焊接或螺钉连接而成，且在各个面板的相接的缝隙处设有导电橡胶条进行密封。
7、根据权利要求1或6所述的混合信号特种光端机，其特征在于：所述机箱的壳体表面喷涂有三防性能的涂覆层，防湿热、防盐雾和防霉菌。
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