CN204481819U - 微型化脉冲信号光纤调制解调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型化脉冲信号光纤调制解调器，可解决现有光纤转换器体积大、无法满足体积受限的应用领域，且存在接线端口多，使用不方便的技术问题。包括调制端、解调端和传输光纤，所述调制端包括信号接线端子一、信号处理模块一和激光器模块，所述解调端包括信号接线端子二、信号处理模块二和探测器模块，所述信号接线端子一依次与信号处理模块一及激光器模块相连接，激光器模块通过传输光纤与探测器模块相连接，探测器模块另一端依次与信号处理模块二和信号接线端子二相连接。本调制解调器不仅体积小且重量轻，抗电磁干扰，成本低、传输速率高、电平兼容性好、使用方便、具有标准封装等优点，非常适合工业现场脉冲数据的远程传输应用。

Description

微型化脉冲信号光纤调制解调器

技术领域

本实用新型涉及信号光传输硬件，具体涉及一种调制解调器。

背景技术

随着能源需求的不断上涨，我国煤炭工业发展迅速，伴随发展而来的是煤矿高危险作业环境下的安全生产问题，光通信技术已经在很多行业领域中得到广泛应用，然而在煤矿生产中的应用却仍然十分有限。光纤调制解调器由于自身的特点能够适应井下作业、巷道等灰尘、潮湿、强电磁、断电等极端恶劣环境，可实现远距离(>20Km)的传输，易于与煤矿安全生产监控系统相结合，为煤矿安全生产提供有效技术保障。

与传统电缆通信相比光纤通信具有传输速率快、体积小、重量轻、抗干扰能力强等显著优点。光纤通信逐渐在各个领域得到广泛应用，煤矿系统的信号传输方式也逐渐由电向光转换，而现有传输信号的光纤调制解调器大致可分为RS-232/TTL/光纤转换器、USB/RS-232/RS-485/光纤转换器和TTL脉冲光纤调制解调器。

RS-232/TTL/光纤转换器用于实现RS-232电平、TTL电平的光纤传输、该光纤转换器具有RS-232接口以及TTL等接线端子，现有市售RS-232/TTL/光纤转换器(单模)的外形为DB-25/DB-25转接盒大小，其中DB-25(孔座)一端为RS-232电平，另外一端为一对ST光纤接头，上侧面有TTL电平的接线端子、下侧面有5V电源接线端子。

USB/RS-232/485/光纤转换器可以实现USB、RS-232或RS-485信号的光纤传输，RS-232/USB光纤转换器的接口是RS-232和USB口，而RS-485的接口为A、B、GND三线端子。

以上介绍的光纤转换器外部电连接端子多，不仅体积大而且使用不方便，能传输的数据信号类型为常见的RS232、RS485、TTL电平、低速开关量信号，不适用煤矿系统井下3.3V TTL信号处理系统，无法实现3.3V CMOS信号和5VCMOS信号的高速远距离传输，此外现有市售USB/RS-232/485/光纤转换器由于不是标准封装且体积大，无法实现与系统电路板的集成。现有TTL脉冲光纤调制解调器，主要用于电力配网自动化、工业自动化、数据采集及监控等工业行业的数据通信，TTL脉冲光纤调制解调器实现了在1芯光纤上实现TTL脉冲的远程点对点式传输。由于了采用光纤通信技术，避免了由于不同节点地电位的不同引起的设备烧毁和强电磁感应、高电压引起的干扰，现有该系列产品在电力配网自动化、工业现场过程控制、数据采集及自动化、监控系统等行业已有应用。但现有TTL脉冲光纤调制解调器仍然存在体积大、成本高、传输信号单一、安装使用不方便等问题。如现有小型TTL脉冲光纤调制解调器的具体尺寸为：72mm(L)×75mm(W)×44mm(H)，利用RS-232/TTL/光纤转换器或USB/RS-232/RS-485/光纤转换器实现脉冲信号的传输存在以下几个缺点：

(1)RS-232/TTL/光纤转换器和USB/RS-232/RS-485/光纤转换器能传输的数据信号为常见的RS232、RS485、低速开关量信号，现有的这些光纤转换器无法传输煤矿部分控制系统所需的3.3V信号，也无法传输系统需要的CMOS信号。

(2)现有光纤转换器体积大、无法满足体积受限的应用领域，且存在接线端口多，使用不方便的不足。

(3)现有光纤转换器不是标准封装，无法与系统电路有机结合，如现有光纤转换器无法通过焊接的方法与整机电路融合在一起，影响整机的布局和性能的发挥。

(4)现有光纤转换器还存在传输速率不高的问题，如RS232最高通信速率仅为115.2kbp。综上所述，为满足煤矿系统高速率、多种类数据传输的要求，研制具有标准封装、微型化、多功能的脉冲信号光纤调制解调器已迫在眉睫。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种微型化脉冲信号光纤调制解调器，可解决现有光纤转换器体积大、无法满足体积受限的应用领域，且存在接线端口多，使用不方便的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

微型化脉冲信号光纤调制解调器，包括调制端、解调端和传输光纤，所述调制端包括信号接线端子一、信号处理模块一和激光器模块，所述解调端包括信号接线端子二、信号处理模块二和探测器模块，所述信号接线端子一依次与信号处理模块一及激光器模块相连接，激光器模块通过传输光纤与探测器模块相连接，探测器模块另一端依次与信号处理模块二和信号接线端子二相连接。

进一步的，所述信号处理模块一包括输入接口电路、电平转换电路一、电光转换电路，输入接口电路的一端与信号接线端子一连接，另一端依次与电平转换电路一、电光转换电路和激光器模块相连接。

进一步的，所述信号处理模块二包括光电转换电路、电平转换电路二和输出接口电路，光电转换电路的一端与探测器模块相连接，另一端依次与电平转换电路二、输出接口电路及信号接线端子二相连接。

进一步的，所述信号接线端子一和信号接线端子二均为四芯插针式接线端子。

由上述技术方案可知，本实用新型的微型化脉冲信号光纤调制解调器通过采用分层技术实现对多功能脉冲信号传输模块的电路微型化设计和光路微型化设计，以光纤为传输介质，利用先进的数字信号处理方法，本调制解调器不仅体积小而且重量轻，抗电磁干扰，成本低、传输速率高、电平兼容性好、使用方便、具有标准封装等优点，非常适合工业现场脉冲数据的远程传输应用。

本实用新型的微型化脉冲信号光纤调制解调器具有的主要优点有：

(1)采用电路和光路混合封装制作技术，实现了信号处理电路和光纤通信光路的一体化设计，解决了传统多芯片间距受限、产品布局难的技术问题。

(2)采用分层设计工艺，实现了产品的小型化设计，解决了传统光纤调制解调器体积大、使用不方便的难题。

(3)本调制解调器通过合理的布局设计实现了产品的标准化封装(DIP4或SO4)，标准化封装不仅极大的提高了与系统的集成度，而且大大缩小了通用电连接器的体积，该方法非常适合煤矿系统的应用。

(4)通过电路的优化设计，本调制解调器不仅能传输TTL电平和CMOS电平信号，还能兼容3.3V的TTL和5V TTL信号，以及3.3V CMOS和5V CMOS信号，与现有信号光纤调制解调器相比，具有更好的电平兼容性和使用多功能化。

(5)本调制解调器不仅功能强大，实现了TTL电平与CMOS电平的传输，而且通过小型化工艺实现了产品的微型化，与同类产品相比，体积至少缩小了一倍，且本调制解调器实现了封装的标准化，极大地提供了与系统的集成度，在使用中也带来了很大的便利，多功能、微型化、标准化是本发明调制解调器的显著特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型公开的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例的结构示意图；

图2是本实施例的内部电路结构示意图；

图3是本实施例的调制端电光转换电路原理图；

图4是本实施例的解调端电平转换电路原理图。

图中所示附图标记对应名称为：

1、调制端；2、解调端；3、传输光纤；11、信号接线端子一；12、信号处理模块一；13、激光器模块；21、信号接线端子二；22、信号处理模块二；23、探测器模块；121、输入接口电路；122、电平转换电路一；123、电光转换电路；221、光电转换电路；222、电平转换电路二；223、输出接口电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，本实施例的微型化脉冲信号光纤调制解调器，在结构上可分为调制端1、解调端2和传输光纤3三大部分，调制端1接收到电脉冲信号后，将该脉冲信号进行调制，转化成光信号，然后通过传输光纤3传输至解调端2，解调端2则将光信号解调并转化成电脉冲信号输出。

调制端1和解调端2在物理结构上可分为电信号接线端子、信号处理部分和光模块(激光器或探测器)，具体为所述调制端1包括信号接线端子一11、信号处理模块一12和激光器模块13，所述解调端2包括信号接线端子二21、信号处理模块二22和探测器模块23，所述信号接线端子一11依次与信号处理模块一12及激光器模块13相连接，激光器模块13通过传输光纤3与探测器模块23相连接，探测器模块23另一端依次与信号处理模块二22和信号接线端子二21相连接。

如图2所示，调制端1包括输入接口电路121、电平转换电路122、电光转换电路123和激光器模块13四个部分，首先工业现场采集的电脉冲信号送给输入接口电路121，然后送给电平转换电路122，再经电光转换电路123传送到激光器模块13，由于电脉冲信号种类的多样性，可能是TTL信号也可能是CMOS信号，电平幅值可能是3.3V也可能是5V，电平转换电路122的功能是将不同种类不同幅值的信号进行转换，转换为适合于电光转换的信号。电光转换电路123的功能是提高信号的驱动能力并与激光器模块13配合使用将电信号转换为光信号以便通过光纤实现传输。

如图2所示，解调端2包括了探测器模块23、光电转换电路221、电平转换电路222和输出接口电路223，探测器模块23与光电转换电路221负责将光信号转换为电信号，该电信号经电平转换电路222处理转换后送给输出接口电路223，最终的脉冲信号经输出接口电路223输出。

图3是本实施例的调制端1电光转换电路原理图，图3中，信号输入端子和供电端子均为2芯标准插针，激光器模块13的正负极分别接在图中所示的T+和T-处，电光转换电路123与激光器模块13一起实现了电信号的调制和电光转换功能。

图4是本实施例的解调端2电平转换电路原理图，解调端2的探测器模块23和光电转换电路221一起作用实现了将从光纤接收到的光信号转换成需要的电信号，首先探测器模块23将光纤传输的光信号转换为微弱的电信号，该电信号经电平转换电路实现了合适脉冲信号的输出，如图4所示，J3、J4分别是信号输出端和供电端，二者均为2芯标准插针，探测器模块23的正负极分别接在图中所示的P+和P-处，激光器模块13将光信号转换为微弱信号经U2比较判决后输出需要的脉冲信号，比较电平门限由R1、R2决定。

本实施例所设计的微型化多功能脉冲信号光纤调制解调器，调制端1和解调端2模块的尺寸大小均可与1元硬币相比拟，外形尺寸仅为32.9mm×12mm×10mm。调制端1和解调端2均为4芯插针，调制端1的4芯插针与图3中的J1、J2相对应，解调端2的4芯插针与图4中的J3、J4相对应。调制端1的激光器模块13与4芯插针之间为电光混合电路，同样解调端2的探测器模块23与4芯插针之间为解调端的电光混合电路。信号接线端子一11和信号接线端子二21分别有4个电信号接线端子，分别为电源正、电源地，信号输入正、信号参考地。信号处理部分集成了电路和光路设计，实现了光电混合一体化设计。通过巧妙的设计，调制端1和解调端2的4芯插针均实现了封装的标准化，为标准的DIP4封装，大大缩小了通用电连接器的体积，在使用中极大的提高了与系统的集成度，而且安装、调试方便。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.微型化脉冲信号光纤调制解调器，包括调制端(1)、解调端(2)和传输光纤(3)，其特征在于：所述调制端(1)包括信号接线端子一(11)、信号处理模块一(12)和激光器模块(13)，所述解调端(2)包括信号接线端子二(21)、信号处理模块二(22)和探测器模块(23)，所述信号接线端子一(11)依次与信号处理模块一(12)及激光器模块(13)相连接，激光器模块(13)通过传输光纤(3)与探测器模块(23)相连接，探测器模块(23)另一端依次与信号处理模块二(22)和信号接线端子二(21)相连接。

2.根据权利要求1所述的微型化脉冲信号光纤调制解调器，其特征在于：所述信号处理模块一(12)包括输入接口电路(121)、电平转换电路一(122)、电光转换电路(123)，输入接口电路(121)的一端与信号接线端子一(11)连接，另一端依次与电平转换电路一(122)、电光转换电路(123)和激光器模块(13)相连接。

3.根据权利要求1所述的微型化脉冲信号光纤调制解调器，其特征在于：所述信号处理模块二(22)包括光电转换电路(221)、电平转换电路二(222)和输出接口电路(223)，光电转换电路(221)的一端与探测器模块(23)相连接，另一端依次与电平转换电路二(222)、输出接口电路(223)及信号接线端子二(21)相连接。

4.根据权利要求1所述的微型化脉冲信号光纤调制解调器，其特征在于：所述信号接线端子一(11)和信号接线端子二(21)均为4芯插针式接线端子。