CN205320075U

CN205320075U - 一种基于光纤以太网的多业务数字光端机

Info

Publication number: CN205320075U
Application number: CN201521120938.3U
Authority: CN
Inventors: 郝斌魁
Original assignee: Shanghai Aerospace Science and Industry Appliance Co Ltd
Current assignee: Shanghai Aerospace Science and Industry Appliance Co Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2025-12-31

Abstract

本实用新型公开了一种基于光纤以太网的多业务数字光端机，该光端机包括以太网络接口、低速差分串行总线接口、开关量输入接口、开关量输出接口、三个隔离器、总线收发器、微控制器、以太网交换芯片、光电转换模块及光纤接口，所述第一隔离器分别连接以太网络接口、以太网交换芯片；低速差分串行总线接口与总线收发器连接，总线收发器与微控制器连接；开关量输入接口与微控制器通过第二隔离器连接，开关量输出接口与微控制器通过第三隔离器连接；微控制器与以太网交换芯片连接；以太网交换芯片与光电转换模块连接；光电转换模块与光纤接口连接。本实用新型具有带宽利用率高、传输接口丰富、配置灵活、可扩展性强、传输速率覆盖范围广、开发简易等特点。

Description

一种基于光纤以太网的多业务数字光端机

技术领域

本实用新型涉及光传输设备，特别是一种通过同一组光纤同时传输多种业务信号的数字光端机。

背景技术

在工业网络传输应用中，常遇到在接入点不仅有多路以太网信号，还有其它诸如RS422/RS485低速差分串行总线数据、开关量信号等其它业务需要与以太网信号一起传输到远端。

然而现有的以太网光交换设备仅有多个数量的10/100/1000M的以太网电端口，或100/1000M的以太网光端口。不能接入除以太网信号以外的其它信号，如RS422/RS485低速差分串行数据、开关量信号等，因而不能满足工业控制行业的特殊需求。

目前，公知的常规多功能光端机都是在发送端将以太网通过PHY芯片转换为并行信号、将视频音频语音等模块信号通过AD转换为并行信号、将差分串行总线通过收发驱动芯片转换为单端信号。最后通过FPGA或专用的串化解串芯片将所有并行信号包括开关量，串化为单路高速串行信号，驱动光模块与对端同等结构光端机进行数据通信。

此类方案可以实现多业务传输的实时性，但受串化解串器的采样频率和输入接口的数量限制，其可传输的业务端口资源有限。另外，受光模块的工作带宽的限制，其可传输信号的总带宽有限。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术不足而提供的一种基于光纤以太网的多业务数字光端机，它具有带宽利用率高、传输接口丰富、配置灵活、可扩展性强、传输速率覆盖范围广、开发简易等特点。

实现本实用新型目的的具体技术方案是：

一种基于光纤以太网的多业务数字光端机，特点是：该光端机包括以太网络接口、低速差分串行总线接口、开关量输入接口、开关量输出接口、第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、总线收发器、微控制器、以太网交换芯片、光电转换模块及光纤接口。所述第一隔离器分别连接以太网络接口、以太网交换芯片；低速差分串行总线接口与总线收发器连接，总线收发器与微控制器连接；开关量输入接口与微控制器通过第二隔离器连接，开关量输出接口与微控制器通过第三隔离器连接；微控制器与以太网交换芯片连接；以太网交换芯片与光电转换模块连接；光电转换模块与光纤接口连接；其中：

所述以太网接口至少为2个；所述串行总线接口为2-5个；所述开关量输入接口为2-16；所述开关量输出接口与开关量输入接口数量相同；

所述以太网络接口为传输4对双绞线的电连接器接口，典型的为RJ45以太网连接器。

所述第一隔离器为对以太网信号具有隔离作用的隔离器，进一步指变压器。所述第二隔离器和第三隔离器为对开关量起到电气隔离和变换的器件，进一步指光耦。

所述低速差分串行总线，工作速率为10Mbps以下低速串行总线；典型为RS422串行总线。所述低速差分串行总线接口为能够传输2对双绞线的电连接器接口，典型为DB9型矩形电连接器。

所述总线收发器为4总线驱动器和4总线接收器。

所述微控制器，至少支持1个MAC接口、1个MII接口和1个SMI接口；至少支持32个GPIO；至少集成5个USART，支持RS232、RS485、RS422接口。

所述以太网交换芯片，其支持2个10/100/1000三速以太网收发器（PHYs），至少1个吉比特SERDES接口支持1000BASE-X和100BASE-FX，和至少1个支持连接到带MAC模块的CPU的吉比特介质无关MII接口，以及一个SMI管理接口。

所述光电转换模块为覆盖1.25Gbps范围的双纤双向或单纤双向光模块或多通道光收发模块中的1组发射和接收通道。典型是指SFP型可插拔单模单纤双向光模块。

所述开关量输入接口为面板按钮、摇杆、机械旋转开关或由外部引入的数字电平开关。

所述开关量输出接口为继电器、三级管、达林顿或数字电路的OC门。

所述光纤接口为LC、SC、ST、FC、DIN、MU光接口或者为圆形、矩形多通道光纤连接器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用带光以太网接口的多端口以太网交换网络为主架构；将低速差分串口信号、开关量等低速信号通过微控制器重新整理为以太网数据帧，作为单独的以太网信号通过以太网信息交换网络参与光端机的数据交换。此种光端机架构突破了实时传输光端机传输信号总带宽的限制。同时可接入的端口资源也大大扩展，只要交换机芯片资源支持，就可外挂数量众多的以太网端口；只要微控制器支持的硬件资源，都可扩展为信息交换端口，如低速差分串行总线和开关量输入输出端口等。

本实用新型具有带宽利用率高、传输接口丰富、配置灵活、可扩展性强、传输速率覆盖范围广、开发简易等特点。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型一实施例结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例结构示意图；

图4为图2的以太网交换核心电路结构示意图；

图5为图2的低速差分串行总线接口与微控制器连接示意图；

图6为图2的开关量输入输出接口与微控制器连接示意图。

具体实施方式

参阅图1，本实用新型包括以太网络接口1、低速差分串行总线接口2、开关量输入接口3、开关量输出接口4、第一隔离器51、第一隔离器52、第三隔离器53、总线收发器6、微控制器7、以太网交换芯片8、光电转换模块9和光纤接口10。所述第一隔离器51分别连接以太网络接口1、以太网交换芯片8；低速差分串行总线接口2与总线收发器6连接，总线收发器6与微控制器7连接；开关量输入接口3与微控制器7通过第二隔离器52连接，开关量输出接口4与微控制器7通过第三隔离器53连接，微控制器7与以太网交换芯片8连接；以太网交换芯片8与光电转换模块9连接；光电转换模块9与光纤接口10连接。其中：

所述以太网接口1至少为2个；所述低速差分串行总线接口2为2-5个；所述开关量输入接口3为2-16个；所述开关量输出接口4与开关量输入接口3数量相同。

以太网络接口1将外部输入的以太网信号传输到第一隔离器51；第一隔离器51将以太网信号进行隔离变换后传输到以太网交换芯片8。反向，以太网交换芯片8将以太网信号传输到第一隔离器51；第一隔离器51将以太网信号进行隔离变换后传输到以太网络接口1；以太网络接口1将以太网信号传输到外部。

低速差分串行总线接口2将外部低速差分串行信号传输到总线收发器6；总线收发器6将外部的低速差分串行总线信号变换成单端电平信号后送到微控制器7。反向，微控制器7将低速单端串行总线信号传输到总线收发器6；总线收发器6将内部的单端电平信号变换成低速差分串行总线信号后送到低速差分串行总线接口2；低速差分串行总线接口2将串行总线信号传输到外部。

开关量输入接口3将外部的开关量信号传输到第二个隔离器52；第二个隔离器52将外部开关量进行电气隔离变换后传输到微控制器7。反向，微控制器7将开关量信号传输到第三个隔离器53；第三个隔离器53将内部开关量信号进行电气隔离变换后传输到开关量输出接口4。

微控制器7将串行总线信号和开关量输入信号整合为以太网协议帧后传输给以太网交换芯片8；以太网交换芯片8根据各个端口的以太网协议帧内容与光电转换模块9进行数据交换；光电转换模块9通过光纤接口10与外部光纤光缆连接。

实施例1

参阅图2，本实施例的以太网络接口1为传输4对双绞线的电连接器接口。所述低速差分串行总线，工作速率为10Mbps以下低速串行总线。典型为RS422串行总线。所述低速差分串行总线接口2，为可传输2对双绞线的电连接器接口。典型为RS422串行总线接口11。

所述三个隔离器，其中：第一隔离器采用以太网变压器12，可单独使用，也可以集成到以太网络接口内；第二、第三隔离器采用光耦隔离器141、142，可为单通道或多通道芯片。

所述总线收发器6，采用RS422收发器13，可以分为总线驱动器和总线接收器分开使用，也可以集成为单个芯片使用，可为单通道或多通道芯片。

所述微控制器7，采用集成802.3以太网介质访问控制器（MAC）接口，支持介质无关接口（MII）和串行管理接口（SMI）。至少集成有5路同步/异步发收器（USART），支持RS232、RS485、RS422总线和至少32个GPIO接口。

所述以太网交换芯片8，采用集成2个以上10/100/1000三速以太网收发器（PHYs）；至少一个吉比特SERDES接口（串化器/解串器）支持1000BASE-X和100BASE-FX；至少一个支持连接到带MAC模块的CPU的吉比特介质无关接口（MII）和一个串行管理接口（SMI）。

所述光电转换模块9，采用覆盖1.25Gbps范围的双纤双向或单纤双向光模块或多通道光收发模块中的1组发射和接收通道。

所述光纤接口10，采用LC、SC、ST、FC、DIN、MU等室内光纤连接器。

作为具体实施例时：参阅图4，为本实施例以太网交换核心电路图，它包括以太网络接口1采用2个RJ45以太网连接器17、隔离器51采用2个以太网变压器12、微控制器7采用AT32UC3C18、以太网交换芯片8采用以太网收发器88E632023、光电转换模块9采用SFP型可插拔单模单纤双向光模块24及光纤接口10采用LC光接口25；每个RJ45以太网连接器17分别通过以太网变压器12与以太网收发器88E632023的10/100/1000MDI接口21（介质相关接口）相连；微控制器AT32UC3C18与以太网收发器88E632023间有2组连接接口，1组为MII接口19（介质无关接口），另1组为SMI接口20；SFP单模单纤双向光模块24连接到以太网收发器88E632023的100/1000串化解串器接口22（SERDES）；SFP单模单纤双向光模块24光口连接到LC光接口25。

参阅图5，本实施例的低速差分串行总线接口2为RS422串行总线接口11，其包括5个DB9连接器26、2个4通道422总线接收器AM26LV32E27，2个4通道422总线驱动器AM26LV31E29和微控制器AT32UC3C18。前4个DB9连接器26的接收部分与1个4通道422总线接收器AM26LV32E27的4个通道输入端分别相连；4通道422总线接收器AM26LV32E27的4个通道输出端分别与微控制器AT32UC3C18的USART端口28的第1-4的接收接口依次相连。第5个DB9连接器26的接收部分与第2个4通道422总线接收器AM26LV32E27的其中1个通道输入端相连；第2个4通道422总线接收器AM26LV32E27的对应通道输出端与微控制器AT32UC3C18的USART端口28的第5接收接口相连。

前4个DB9连接器26的发射部分与第1个4通道422总线驱动器AM26LV31E29的4个通道输出端分别相连；4通道422总线驱动器AM26LV31E29的4个通道输入端分别与微控制器AT32UC3C18的USART端口28的第1-4的发射接口依次相连。第5个DB9型连接器26的发射部分与第2个4通道422总线驱动器AM26LV31E29的其中1个通道输出端相连；第2个4通道422总线驱动器AM26LV31E29的对应通道输入端与微控制器AT32UC3C18的USART端口28的第5发射接口相连。

参阅图6，本实施例的开关量输入接口3，采用面板按钮30，轻触或自锁型；开关量输出接口4，采用继电器33的一组触点，可为常开与公共端或常闭与公共端；光耦141和142采用4通道光耦TLP521-431；

开关量输入部分包括16个按钮30，4个4通道光耦TLP521-431和微控制器AT32UC3C18中的GPIO32中的16个端口。

每4个按钮30分别与1个光耦TLP521-431的4个通道输入端相连；光耦TLP521-431的4个通道输出端与微控制器AT32UC3C18的GPIO32中的16个输入端口相连。

开关量输出部分包括16个继电器33，4个4通道光耦TLP521-431和微控制器AT32UC3C18中的GPIO32中的另外16个端口。

每4个继电器33的控制部分分别与1个光耦TLP521-431的4个通道输出端相连；光耦TLP521-431的4个通道输入端与微控制器AT32UC3C18的GPIO32中的16个输出端口相连。

实施例2

参阅图3，本实施例的以太网交换芯片8，为由2个以太网收发器PHY芯片15和多路MAC交换芯片16配合形成的组合电路。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于光纤以太网的多业务数字光端机，其特征在于该光端机包括以太网络接口、低速差分串行总线接口、开关量输入接口、开关量输出接口、第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器、总线收发器、微控制器、以太网交换芯片、光电转换模块及光纤接口，所述第一隔离器分别连接以太网络接口、以太网交换芯片；低速差分串行总线接口与总线收发器连接，总线收发器与微控制器连接；开关量输入接口与微控制器通过第二隔离器连接，开关量输出接口与微控制器通过第三隔离器连接；微控制器与以太网交换芯片连接；以太网交换芯片与光电转换模块连接；光电转换模块与光纤接口连接；其中：所述以太网接口至少为2个；所述串行总线接口为2-5个；所述开关量输入接口为2-16；所述开关量输出接口与开关量输入接口数量相同；所述以太网络接口为传输4对双绞线的电连接器接口。

2.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述第一隔离器为对以太网信号具有隔离作用的隔离器；所述第二隔离器和第三隔离器为对开关量起到电气隔离和变换的器件。

3.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述低速差分串行总线接口为能够传输2对双绞线的电连接器接口，低速差分串行总线，工作速率为10Mbps以下低速串行总线。

4.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述总线收发器为4总线驱动器和4总线接收器。

5.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述微控制器，至少支持1个MAC接口、1个MII接口和1个SMI接口；至少支持32个GPIO；至少集成5个USART，支持RS232、RS485、RS422接口。

6.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述以太网交换芯片，其支持2个10/100/1000三速以太网收发器，至少1个吉比特SERDES接口支持1000BASE-X和100BASE-FX，和至少1个支持连接到带MAC模块的CPU的吉比特介质无关MII接口，以及一个SMI管理接口。

7.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述光电转换模块为覆盖1.25Gbps范围的双纤双向或单纤双向光模块或多通道光收发模块中的1组发射和接收通道。

8.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述开关量输入接口为面板按钮、摇杆、机械旋转开关或由外部引入的数字电平开关。

9.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述开关量输出接口为继电器、三级管、达林顿或数字电路的OC门。

10.根据权利要求1所述的多业务数字光端机，其特征在于所述光纤接口为LC、SC、ST、FC、DIN、MU光接口或者为圆形、矩形多通道光纤连接器。