CN202309985U - 一种密集波分复用型3g视频sfp模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种密集波分复用型3G视频SFP模块，涉及光纤通信技术。目的是结合DWDM（密集波分复用）技术解决现有技术中3G视频传输带宽小、光纤利用率低的问题。其技术要点是：将DWDM型光发送接口组件运用到3G视频SFP模块中：SFP模块中的激光器驱动单元为支持3G视频信号传输的激光器驱动芯片，光发送接口组件为带热电制冷器和温度传感器的密集波分复用型光发送接口组件，所述SFP模快还包括热电制冷器控制电路，热电制冷器控制电路用于控制热电制冷器制冷或加热，以维持SFP模块输出的光波长的稳定、降低热电制冷器功耗。本实用新型主要用于3G视频信号的光纤传输。

Description

一种密集波分复用型3G视频SFP模块

技术领域

本实用新型涉及光纤通信技术，尤其是一种密集波分复用型，支持3G视频信号传输的SFP模块。

背景技术

文中技术术语解释

APD          (Avalanche Photo Diode)雪崩光电二极管

CWDM   (Coarse Wavelength Division Multiplexing) 稀疏波分复用

DWDM   (Dense Wavelength Division Multiplexing) 密集波分复用

ESR     （Equivalent Series Resistance）等效串联电阻

DFB      (Distributed Feedback Laser) 分布式反馈激光器

MOSFET （Metal-Oxide-Semicoductor Field Effect Transistor）金属氧化物半导体场效应管

PWM    （Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制

ROSA          (Receiver Optical Sub-Assembly)光发模块接口组件

SDI      (Serial digital interface) 串行数字接口

SFP              (Small From-Factor Pluggable)小型可插拔光模块

SMPTE   (Society of Motion Picture and Television Engineers)〈美〉电影与电视工程师学会

TOSA     (Transmitter Optical Sub-Assembly)光发模块接口组件

随着技术的发展，高清晰的画质已经成为人们生活中不可或缺的一部分，广泛用于电视、录像、广播、监控等领域。美国电影电视工程师协会(SMPTE)编制的一系列标准明确地定义了约束基带、未压缩HD-SDI信号的分配和接口的电、光和机械标准，最近批准的名为 SMPTE 424M新标准，SDI数据速率加倍，达到了2.97 Gbps。这一新标准也称为 3G-SDI，支持 1080p 和数字影院等分辨率更高的图像质量。3G-SDI中的3G是指SDI信号的数据传输率为3Gbit/s。SDI是串行数字接口，被用来传送无压缩的数字视频信号。传统的视频信号的传输一般采用同轴电缆传输，传输距离和带宽有限。而光纤具有高带宽和低损耗的优点，因此在3G视频传输中被广泛应用。

3G视频SFP光模块支持高达2.97G的传输速率，用于视频传输系统。3G视频SFP光模块一般采用1310nm、1550nm或者CWDM的波长进行光纤传输，但由于1310nm的窗口传输衰减较大，无法实现长距离传输，且还有些CWDM波长由于光纤水峰的原因，使得光纤利用率低，无法满足当前日益增长的高清视频传输的需求。

DWDM技术又称为密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing）技术，指在1550nm波段密集放置多个信道，在发送端采用光复用器（又称合波器）将不同规定波长的光信号合并起来送入一根光纤进行传播。在接收端再由一个光解复用器（又称分波器）将这些不同波长的光信号分开，从而在一根光纤中实现多路光信号的复用传输。由于密集波分复用技术能充分利用现有光纤的巨大带宽资源，大幅度提高系统传输容量，降低传输成本，因此该技术在大容量传输中得到了广泛的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是结合DWDM（密集波分复用）技术解决现有技术中3G视频传输光纤带宽瓶颈问题，提供一种密集波分复用型3G视频SFP模块，DWDM技术可以在一根光纤上实现40、80波甚至160波以上的传输，可以极大扩展传输带宽和提高光纤利用率。

本实用新型采用的技术方案是这样的：一种密集波分复用型3G视频SFP模块，包括接口电路、激光器驱动单元、限幅放大器单元、电源缓启动及电源单元、控制器单元、光发送接口组件与光接收接口组件；所述接口电路用于实现激光器驱动单元、限幅放大器单元、控制器单元与外部电路通信，接口电路还用于实现电源缓启动及电源单元与外部电路的电连接；电源缓启动及电源单元用于向整个SFP模块提供工作电压；控制器单元用于监测、控制激光器驱动单元与限幅放大器单元；激光器驱动单元与光发送接口组件有信号连接；限幅放大器单元与光接收接口组件有信号连接；其特征在于，所述激光器驱动单元为支持3G视频信号传输的激光器驱动芯片，光发送接口组件为带热电制冷器和温度传感器的密集波分复用型光发送接口组件，所述SFP模快还包括热电制冷器控制电路，热电制冷器控制电路用于控制热电制冷器制冷或加热。

优选地，所述温度传感器的输出端通过AD采样电路与控制器单元连接。

优选地，所述热电制冷器控制电路具有控制端、实际温度信号输入端、第一控制电流输出端与第二控制电流输出端；所述控制端与控制器单元连接；实际温度信号输入端与所述温度传感器的输出端连接；第一控制电流输出端与第二控制电流输出端之间串接有电流采样电阻与热电制冷器；电流采样电阻上的采样电压通过AD采集电路送至控制器单元。

优选地，所述热电制冷控制电路包括PWM控制芯片、4个MOSFET、电感L1、电感L2、电容C1与电容C2；所述PWM控制芯片的控制端接至控制器单元；PWM控制芯片输出4路两两相位相反的脉冲信号；

第一MOSFET的漏极与第二MOSFET的源极连接；第一MOSFET的源极接至电源正极，栅极接入PWM控制芯片输出的第一脉冲信号；第二MOSFET的漏极接地，栅极接入PWM控制芯片输出的第二脉冲信号；第一MOSFET与第二MOSFET的公共结点与电感L1连接，电感L1的另一端为热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端；电容C1一端接地，另一端与热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端连接；第一MOSFET与第二MOSFET极性相反，第一脉冲信号与第二脉冲信号相位一致；

第三MOSFET的漏极与第四MOSFET的源极连接；第三MOSFET的源极接至电源正极，栅极接入PWM控制芯片输出的第三脉冲信号；第四MOSFET的漏极接地，栅极接入PWM控制芯片输出的第四脉冲信号；第三MOSFET与第四MOSFET的公共结点与电感L2连接接，电感L2的另一端为热电制冷控制器的第二控制电流输出端；电容C2一端接地，另一端与热电制冷器控制电路的第二控制电路输出端连接；第三MOSFET与第四MOSFET极性相反，第三脉冲信号与第四脉冲信号相位一致；第一MOSFET与第三MOSFET极性相同。

优选地，所述热电制冷器控制电路还包括第一级误差运算放大器与第二级误差运算放大器，控制器单元向一个数模转换器输出热电制冷器电流控制信号，所述数模转换器向第一级误差运算放大器一个输入端输出热电制冷器电流控制电压，第一级误差运算放大器的另一输入端与所述温度传感器的输出端连接；

第一级误差运算放大器的输出端与第二级误差运算放大器的一个输入端连接，第二级误差运算放大器的另一个输入端接有基准电压，第二级误差运算放大器的输出端与PWM控制芯片的控制端连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、              本实用新型采用带热电制冷器的DWDM型DFB 光发送接口组件应用在3G视频SFP模块上，使3G视频模块能够通过DWDM的方式进行光信号传输，极大地扩展了传输带宽，传输距离覆盖40km、80km、120km甚至更远，为高清视频监控、高清视频传输、高清电视等应用拓展了更广阔的应用范围。

2、              由于现有的带热电制冷器的DWDM型DFB 光发送接口组件中的带热电制冷器功耗大，本实用新型采用PWM方式控制4个低导通内阻的MOSFET的导通来实现热电制冷器的电流控制，有效降低了热电制冷器的功耗。

3、              当DWDM DFB激光器工作温度发生变化时，激光器输出波长将跟着变化，热电制冷器控制电路根据温度调整热电制冷器的电流大小和方向，使热电制冷器发热或制冷来调节激光器的工作温度，使激光器的输出波长稳定。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型系统框图。

图2是本实用新型中热电制冷器控制电路框图。

图3是本实用新型中热电制冷器控制电路一个具体实施例的电路结构图。

图4是本实用新型中电制冷器控制电路与控制器单元连接的一个具体实施例的电路结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1 ，本实用新型中的密集波分复用型3G视频SFP模块包括接口电路、激光器驱动单元、限幅放大器单元、电源缓启动及电源单元、控制器单元、光发送接口组件与光接收接口组件。

所述接口电路用于实现激光器驱动单元、限幅放大器单元、控制器单元与外部电路通信，接口电路还用于实现电源缓启动及电源单元与外部电路的电连接。

电源缓启动及电源单元用于向整个SFP模块提供工作电压。控制器单元用于监测、控制激光器驱动单元与限幅放大器单元。

激光器驱动单元为支持3G视频信号传输的激光器驱动芯片，光发送接口组件为带热电制冷器和温度传感器的密集波分复用型光发送接口组件。温度传感器的输出端通过AD采样电路与控制器单元连接。激光器驱动单元接收从外部电路来的高速电信号，驱动光发送接口组件的激光器发光，实现电信号到光信号的转换；光接收接口组件为PIN型或者APD型，光接收接口组件中的PIN或APD光电二极管把接收的光信号转换成高速电信号，经过光接收接口组件中跨阻放大器（TIA）放大给限幅放大器单元，限幅放大器放大后输出的标准的电信号，通过接口电路至外部电路。

当光接收接口组件采用APD光电二极管器件的情况下，SFP模块还包括APD高压控制电路，APD高压控制电路输出APD光电二极管所需的击穿高压，提高光接收接口组件的灵敏度。

所述SFP模快还包括热电制冷器控制电路，热电制冷器控制电路用于控制热电制冷器制冷或加热。

由于DWDM型SFP模块要求每个DWDM的通道的波长间隔小于0.8nm，谱宽小于0.1nm，因此必须要求光发送接口组件工作在恒定温度的条件下，这样波长才能保持恒定，满足DWDM的要求。为此，本实用新型在普通3G视频SFP模块的基础上，增加热电制冷器控制电路。

如图2，热电制冷器控制电路具有控制端、实际温度信号输入端、第一控制电流输出端与第二控制电流输出端。所述控制端与控制器单元连接，以便接受控制器单元输出的控制信号。

实际温度信号输入端与所述温度传感器的输出端连接，接受实际温度对应的电压信号。

第一控制电流输出端与第二控制电流输出端之间串接有电流采样电阻与热电制冷器；电流采样电阻上流过的电流与流过热电制冷器的电流大小相同，电流采样电阻上的采样电压与通过热电制冷器的电流大小成正比，采样电压通过AD采集电路送至控制器单元。

如图3所示，所述热电制冷器控制电路的一个具体实施例为：包括PWM控制芯片、4个MOSFET、电感L1、电感L2、电容C1与电容C2；所述PWM控制芯片的控制端接至控制器单元；PWM控制芯片输出4路两两相位相反的脉冲信号。

第一MOSFET的漏极与第二MOSFET的源极连接；第一MOSFET的源极接至电源正极，栅极接入PWM控制芯片输出的第一脉冲信号；第二MOSFET的漏极接地，栅极接入PWM控制芯片输出的第二脉冲信号；第一MOSFET与第二MOSFET的公共结点与电感L1连接，电感L1的另一端为热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端；电容C1一端接地，另一端与热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端连接；当第一MOSFET为N型时，第二MOSFET为P型，或者当第一MOSFET为P型时，第二MOSFET为N型。第一脉冲信号与第二脉冲信号相位一致。

第三MOSFET的漏极与第四MOSFET的源极连接；第三MOSFET的源极接至电源正极，栅极接入PWM控制芯片输出的第三脉冲信号；第四MOSFET的漏极接地，栅极接入PWM控制芯片输出的第四脉冲信号；第三MOSFET与第四MOSFET的公共结点与电感L2连接接，电感L2的另一端为热电制冷控制器的第二控制电流输出端；电容C2一端接地，另一端与热电制冷器控制电路的第二控制电流输出端连接；第三MOSFET与第四MOSFET极性相反，即，当第三MOSFET为N型时，第四MOSFET为P型，或者当第三MOSFET为P型时，第四MOSFET为N型。第三脉冲信号与第四脉冲信号相位一致；且第一MOSFET与第三MOSFET极性相同，即同为N型或P型。

上述PWM控制芯片选择高效率、低导通内阻的控制芯片； MOSFET具有选择低导通内阻；电感为高Q值、低内阻、高性能的电感；电容具有低等效串联电阻。这样能有效降低热电制冷器控制电路的功耗。

如图4，热电制冷器控制电路与控制器单元连接部分的一个实施例为：热电制冷器控制电路还包括第一级误差运算放大器与第二级误差运算放大器，控制器单元向一个数模转换器输出热电制冷器电流控制信号，所述数模转换器向第一级误差运算放大器一个输入端输出热电制冷器电流控制电压，第一级误差运算放大器的另一输入端与所述温度传感器的输出端连接；

第一级误差运算放大器的输出端与第二级误差运算放大器的一个输入端连接，第二级误差运算放大器的另一个输入端接有基准电压，第二级误差运算放大器的输出端与PWM控制芯片的控制端连接。

控制器单元首先输出一个数字形式的热电制冷器电流控制信号给DAC，DAC转换后输出热电制冷器电流设置的电压，热电制冷器电流设置电压与温度传感器采集的实际温度对应的电压输入第一级误差运算放大器的正相、反相输入端进行比较输出热电制冷器电流控制电压Vctl，与参考基准电压在第二运算放大器中比较，当Vctl大于参考电压Vref时，输出到PWM控制芯片。

PWM控制芯片输出4路两路相位相反的脉冲信号，并根据第二运算放大器的输出改变脉冲信号的占空比，进而控制MOSFET的关闭、导通时间，改变热电制冷器电流方向使TEC发热（或制冷）。

例如，当第一、二脉冲信号为正时，第三、四脉冲信号为负，此时，第一、第四MOSFET导通，第二、第三MOSFET截止，热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端处为高电压，第二控制电流输出端处为低电压，热电制冷器电流从第一控制电流输出端流向第二控制电流输出端。当第一、二脉冲信号为负时，第三、四脉冲信号为正，此时，第一、第四MOSFET截止，第二、第三MOSFET导通，热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端处为低电压，第二控制电流输出端处为高电压，从第二控制电流输出端流向第一控制电流输出端。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种密集波分复用型3G视频SFP模块，包括接口电路、激光器驱动单元、限幅放大器单元、电源缓启动及电源单元、控制器单元、光发送接口组件与光接收接口组件；所述接口电路用于实现激光器驱动单元、限幅放大器单元、控制器单元与外部电路通信，接口电路还用于实现电源缓启动及电源单元与外部电路的电连接；电源缓启动及电源单元用于向整个SFP模块提供工作电压；控制器单元用于监测、控制激光器驱动单元与限幅放大器单元；激光器驱动单元与光发送接口组件有信号连接；限幅放大器单元与光接收接口组件有信号连接；其特征在于，所述激光器驱动单元为支持3G视频信号传输的激光器驱动芯片，光发送接口组件为带热电制冷器和温度传感器的密集波分复用型光发送接口组件，所述SFP模快还包括热电制冷器控制电路，热电制冷器控制电路用于控制热电制冷器制冷或加热。

2.根据权利要求1所述的一种密集波分复用型3G视频SFP模块，其特征在于，所述温度传感器的输出端通过AD采样电路与控制器单元连接。

3.根据权利要求2述的一种密集波分复用型3G视频SFP模块，其特征在于，所述热电制冷器控制电路具有控制端、实际温度信号输入端、第一控制电流输出端与第二控制电流输出端；所述控制端与控制器单元连接；实际温度信号输入端与所述温度传感器的输出端连接；第一控制电流输出端与第二控制电流输出端之间串接有电流采样电阻与热电制冷器；电流采样电阻上的采样电压通过AD采集电路送至控制器单元。

4.根据权利要求3所述的一种密集波分复用型3G视频SFP模块，其特征在于，所述热电制冷控制电路包括PWM控制芯片、4个MOSFET、电感L1、电感L2、电容C1与电容C2；所述PWM控制芯片的控制端接至控制器单元；PWM控制芯片输出4路两两相位相反的脉冲信号；

第一MOSFET的漏极与第二MOSFET的源极连接；第一MOSFET的源极接至电源正极，栅极接入PWM控制芯片输出的第一脉冲信号；第二MOSFET的漏极接地，栅极接入PWM控制芯片输出的第二脉冲信号；第一MOSFET与第二MOSFET的公共结点与电感L1连接，电感L1的另一端为热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端；电容C1一端接地，另一端与热电制冷器控制电路的第一控制电流输出端连接；第一MOSFET与第二MOSFET极性相反，第一脉冲信号与第二脉冲信号相位一致；

第三MOSFET的漏极与第四MOSFET的源极连接；第三MOSFET的源极接至电源正极，栅极接入PWM控制芯片输出的第三脉冲信号；第四MOSFET的漏极接地，栅极接入PWM控制芯片输出的第四脉冲信号；第三MOSFET与第四MOSFET的公共结点与电感L2连接接，电感L2的另一端为热电制冷控制器的第二控制电流输出端；电容C2一端接地，另一端与热电制冷器控制电路的第二控制电路输出端连接；第三MOSFET与第四MOSFET极性相反，第三脉冲信号与第四脉冲信号相位一致；第一MOSFET与第三MOSFET极性相同。

5.根据权利要求4所述的一种密集波分复用型3G视频SFP模块，其特征在于，所述热电制冷器控制电路还包括第一级误差运算放大器与第二级误差运算放大器，控制器单元向一个数模转换器输出热电制冷器电流控制信号，所述数模转换器向第一级误差运算放大器一个输入端输出热电制冷器电流控制电压，第一级误差运算放大器的另一输入端与所述温度传感器的输出端连接；

第一级误差运算放大器的输出端与第二级误差运算放大器的一个输入端连接，第二级误差运算放大器的另一个输入端接有基准电压，第二级误差运算放大器的输出端与PWM控制芯片的控制端连接。

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