CN203984431U - 一种用于电力设备通信的小型可插拔光模块 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其包括激光器驱动单元、放大器单元、电源单元、上位机电接口电路、光发送接口组件与光接收接口组件，该小型可插拔光模块还包括电涌保护单元、微控制器、功率信号采集单元、发送信号电平增益控制单元、接收信号电平增益控制单元；电涌保护单元分别与上位机电接口电路、电源单元、微控制器、发送信号电平增益控制单元、放大器单元连接，微控制器分别与功率信号采集单元、发送信号电平增益控制单元、接收信号电平增益控制单元连接，功率信号采集单元分别与激光器驱动单元、放大器单元连接，激光器驱动单元与光发送接口组件连接，接收信号电平增益控制单元分别与放大器单元、光接收接口组件连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤通信的技术领域，尤其涉及一种用于电力设备通信的小型可插拔光模块。
背景技术
首先给出本文中部分技术术语的英文简称、全称及中文意思：
ADC(Analog to Digital Converter)模拟数字转换
APD(Avalanche Photo Diode)雪崩光电二极管
DAC(Digital to Analog Converter)数字模拟转换
EML(Electroabsorption-Modulated-Laser)电吸收调制激光器
SFP(Small From-Factor Pluggable)小型可插拔光模块
SFP+(Small From-Factor Pluggable Plus)增强型小型可插拔光模块
PID(proportion、integration、differentiation)比例、积分、微分控制策略
光模块是用于光电转换的一种光学器件，SFP是光模块的一种封装形式，按照传输速率可分为155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G等制式。SFP协议规范主要是IEEE802.3和SFF-8472。SFP+光模块是在SFP光模块的基础上发展而来，能够适应更高的数据速率。
随着超高压、特高压输电以及智能电网的发展，电力设备中越来越多使用光纤通信技术，例如网调、省调高压(330-500kV)电网中的光纤通信、330-500kV超高压电网中光纤复合架空地线——OPGW(Optical FiberComposite Overhead Ground Wire)、110-220kV高压电网中光通信用的全介质自承式ADSS(All Dielectric Self-Supporting)光缆等，因此需要配套大量光发送-接收端口，光模块的需求也日益增长。
电力系统设备通信使用的光模块存在一些特殊要求。其一，电力设备需要长期不断电运行，如果功耗大，散热差，将导致光模块内部温度较高，模块性能下降，光器件寿命减少，严重情况下将使光模块的关键器件由于温度过高而损坏；其二，由于雷击、操作过电压，以及高、低压设备相互间的大量电磁耦合干扰，电力设备较之传统通信设备存在更高的浪涌风险，这极易导致光模块的关键器件由于浪涌过大而损坏。
目前有关SFP或SFP+光模块的改进方案已知有解决低功耗的专利。例如文件CN102298401(ZL201110133778.6)，该方案采用在光模块电路中增加热电制冷器、APD高压控制单元和温度采集电路、DAC转换器的方法，对光发送与接收接口组件进行工作温度控制。该方法的优点是能对接收-发送电路实现全温控制，在SFP+高速模块中效果突出，但该方案主要是面向低温控制，不能解决功耗问题，也不能解决浪涌冲击问题，不能完全适合电力设备通信所需。再比如文件CN101726810，该方案采用半制冷方式，将激光器组件划分多个温度区间，由微控制器针对每个温度区间，利用软件PID控制环实现调温，虽然温控也对延长光模块使用寿命有益，但该方案仍然对光模块功耗问题考虑不足。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本实用新型要解决的技术问题是提供了一种用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其能够有效抑制光模块电接口输入浪涌、降低光模块功耗。
本实用新型的技术方案是：这种用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其包括激光器驱动单元、放大器单元、电源单元、上位机电接口电路、光发送接口组件与光接收接口组件，该小型可插拔光模块还包括电涌保护单元、微控制器、功率信号采集单元、发送信号电平增益控制单元、接收信号电平增益控制单元；电涌保护单元分别与上位机电接口电路、电源单元、微控制器、发送信号电平增益控制单元、放大器单元连接，微控制器分别与功率信号采集单元、发送信号电平增益控制单元、接收信号电平增益控制单元连接，功率信号采集单元分别与激光器驱动单元、放大器单元连接，激光器驱动单元与光发送接口组件连接，接收信号电平增益控制单元分别与放大器单元、光接收接口组件连接。
由于增加了电涌保护单元并且微控制器与电涌保护单元有信号连接，所以能够防止电涌信号对微控制器端口的破坏；由于本实用新型的电路方案不采用单片收发一体的激光器驱动及放大器集成芯片，所以能独立有效的对光模块发送和接收电路的功耗进行控制，从而降低光模块功耗。
附图说明
图1为根据本实用新型的用于电力设备通信的小型可插拔光模块的结构示意图。
图2为根据本实用新型的一个优选实施例的尖峰电压电流吸收电路的电路图。
图3为根据本实用新型的一个优选实施例的用于电力设备通信的小型可插拔光模块的光发送过程功率控制示意图。
图4为根据本实用新型的一个优选实施例的用于电力设备通信的小型可插拔光模块的光接收过程功率控制示意图。
具体实施方式
如图1所示，这种用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其包括激光器驱动单元、放大器单元、电源单元、上位机电接口电路(图1中的上位机电接口)、光发送接口组件与光接收接口组件，该小型可插拔光模块还包括电涌保护单元、微控制器、功率信号采集单元(图1中的功率信号采集)、发送信号电平增益控制单元(图1中的发送信号电平增益控制)、接收信号电平增益控制单元(图1中的接收信号电平增益控制)；电涌保护单元分别与上位机电接口电路、电源单元、微控制器、发送信号电平增益控制单元、放大器单元连接，微控制器分别与功率信号采集单元、发送信号电平增益控制单元、接收信号电平增益控制单元连接，功率信号采集单元分别与激光器驱动单元、放大器单元连接，激光器驱动单元与光发送接口组件连接，接收信号电平增益控制单元分别与放大器单元、光接收接口组件连接。
由于增加了电涌保护单元并且微控制器与电涌保护单元有信号连接，所以能够防止电涌信号对微控制器端口的破坏；由于本实用新型的电路方案不采用单片收发一体的激光器驱动及放大器集成芯片，所以能独立有效的对光模块发送和接收电路的功耗进行控制，从而降低光模块功耗。。
优选地，如图2所示，电涌保护单元包括多个尖峰电压电流吸收电路，每个尖峰电压电流吸收电路包括电阻、电容、电感、二极管，电阻、电容、电感并联后通过反向连接的二极管输出，输出端与二极管的负极电连接。也可以采用其他具有吸收尖峰电压和电流的电路形式。在本实用新型中，上位机电接口电路为20脚金手指连接器时，电涌保护单元可以采用多组电涌吸收电路构成，以保护20脚金手指电接口的各个引脚接口。吸收电路组数可改变，但不脱离图2所示的电容、电阻、电感和二极管构成的基本形式。
优选地，电源单元包括滤波电路，以便减少电源上的干扰和噪声，并产生光发送接口组件中激光器工作所需的负压。
优选地，微控制器通过D/A电路连接到接收信号电平增益控制单元，功率信号采集单元通过A/D电路连接到微控制器，微控制器单元通过I2C接口与上位机进行通信，微处理器按照PID策略进行逻辑判断处理，通过I2C接口协议将指令发送到发送信号电平增益控制单元。PID策略具体参数可由使用者自行决定。
优选地，激光器驱动单元是EML激光驱动器，光接收接口组件是EML激光器。
优选地，放大器单元包括串联的前置放大器单元、限幅放大器单元。
优选地，激光驱动器单元、放大器单元采用激光器驱动及限幅放大一体化集成芯片。
优选地，上位机电接口电路为20脚金手指连接器。
优选地，光发送过程中，激光驱动单元的输入电压调整范围为基准值的80％～110％，光接收过程中，前置放大器的输入电压调整范围为基准值的85％～100％。基准值是已知的。
如图3所示，对于光发送过程功率控制，功率信号采集单元从激光器驱动单元的峰值电流调节接口获得电流信号，从激光器驱动单元的电平接口获得电压信号，经数字－模拟转换后进行计算，得到激光器驱动单元的功率水平。再经模拟－数字转换后发送到微处理器中，微处理器按照PID策略进行逻辑判断处理，通过I2C接口协议将指令发送到发送信号电平增益控制单元。发送信号电平增益控制单元降低或者提高激光器驱动单元的供电输入电压，由此实现光发送过程的功率控制。PID策略具体参数可由使用者自行决定。根据目前芯片技术水平和SFP协议规范，输入电压调整范围大致在80％～110％之间。
如图4所示，对于光接收过程功率控制，功率信号采集单元从前置放大器的输出端口获取电压信号，从限幅放大器内部的数字－模拟信号转换电路中获得电流信号，计算得到放大器单元的功率水平。与发送过程类似，再经模拟－数字转换后发送到微处理器中，微处理器按照PID策略进行逻辑判断处理，通过I2C接口协议将指令发送到接收信号电平增益控制单元。接收信号电平增益控制单元调节前置放大器单元中功率补偿电路的电压水平，由此实现光接收过程的功率控制。根据目前芯片技术水平和SFP协议规范，前置放大器单元的电压调整范围大致在85％～100％之间。
通过本实用新型的上述技术手段，可以实现SFP光模块能够抵抗最高6500V的电接口浪涌电压，在1.25G制式及以下传输速率下长期运行，平均功率消耗降低10％～20％。光模块的使用寿命也可显著延长。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其包括激光器驱动单元、放大器单元、电源单元、上位机电接口电路、光发送接口组件与光接收接口组件，其特征在于：该小型可插拔光模块还包括电涌保护单元、微控制器、功率信号采集单元、发送信号电平增益控制单元、接收信号电平增益控制单元；电涌保护单元分别与上位机电接口电路、电源单元、微控制器、发送信号电平增益控制单元、放大器单元连接，微控制器分别与功率信号采集单元、发送信号电平增益控制单元、接收信号电平增益控制单元连接，功率信号采集单元分别与激光器驱动单元、放大器单元连接，激光器驱动单元与光发送接口组件连接，接收信号电平增益控制单元分别与放大器单元、光接收接口组件连接。
2.根据权利要求1所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：电涌保护单元包括多个尖峰电压电流吸收电路，每个尖峰电压电流吸收电路包括电阻、电容、电感、二极管，电阻、电容、电感并联后通过反向连接的二极管输出，输出端与二极管的负极电连接。
3.根据权利要求1所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：电源单元包括滤波电路。
4.根据权利要求1所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：微控制器通过D/A电路连接到接收信号电平增益控制单元，功率信号采集单元通过A/D电路连接到微控制器，微控制器单元通过I2C接口与上位机进行通信，微处理器按照PID策略进行逻辑判断处理，通过I2C接口协议将指令发送到发送信号电平增益控制单元。
5.根据权利要求1所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：激光器驱动单元是EML激光驱动器，光接收接口组件是EML激光器。
6.根据权利要求1所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：放大器单元包括串联的前置放大器单元、限幅放大器单元。
7.根据权利要求6所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：激光驱动器单元、放大器单元采用激光器驱动及限幅放大一体化集成芯片。
8.根据权利要求1所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：上位机电接口电路为20脚金手指连接器。
9.根据权利要求6所述的用于电力设备通信的小型可插拔光模块，其特征在于：光发送过程中，激光驱动单元的输入电压调整范围为基准值的80％～110％，光接收过程中，前置放大器的输入电压调整范围为基准值的85％～100％。
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| CN104052548A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-09-17 | 武汉鑫森华科技产业发展有限公司 | 一种用于电力设备通信的小型可插拔光模块 |
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2014
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| CN104052548B (zh) * | 2014-06-20 | 2017-01-04 | 武汉鑫森华科技产业发展有限公司 | 一种用于电力设备通信的小型可插拔光模块 |
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