CN210724808U

CN210724808U - 半双工光收发装置

Info

Publication number: CN210724808U
Application number: CN201921990771.4U
Authority: CN
Inventors: 邬东强; 王钧彝
Original assignee: Nanjing Yiduan Information Technology Co ltd; Chongqing Sibaigao Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Yiduan Information Technology Co ltd; Chongqing Sibaigao Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2029-11-18

Abstract

本实用新型提供一种半双工光收发装置，所述半双工光收发装置包括：光器件收发模块，所述光器件收发模块包括用于将电信号转化为光信号的至少一个第一光电单元和用于将光信号转化为电信号的至少一个第二光电单元；驱动放大模块，所述驱动放大模块的输出端与所述第一光电单元的第一极及所述第二光电单元的第一极电连接；偏压模块，所述偏压模块的输出端与所述第一光电单元的第二极电连接；放大均衡模块，所述放大均衡模块的输入端与所述第二光电单元的第二极电连接。本实用新型的半双工光收发装置，可以实现光通信中光电信号之间的相互转换。整个半双工光收发装置的电路结构简单，并能有效隔离发射电路对接收电路所造成的干扰。

Description

半双工光收发装置

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，更具体地，涉及一种半双工光收发装置。

背景技术

相较于有线或是无线的电气信号传输方式，光信号传输有着许多优势，包括：不需无线频谱使用许可，优异的抗电磁干扰性能，更好的信息保密性与对使用人员的安全性等。

相关技术中的光通信收发装置，因所使用的光学收发器件不同，有不同而独立的发射驱动电路和接收放大电路以及相应独立的光学收发器件。这种典型的光通信收发装置一般采用两个独立的光通道，或者增加成本较高的光学波分复用器以建立设备间的双向光信号收发信道。

上述结构形式的光通信收发装置需要使用较高复杂度的光信号收发处理电路、或是复杂的光路设计，甚至需要增加设备间光纤连接的数量与设备的插头盘大小。因此，简化光通信收发装置的电路与结构确实有其必要性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的半双工光收发装置。

第一方面，本实用新型实施例提供一种半双工光收发装置，包括：光器件收发模块，所述光器件收发模块包括用于将电信号转化为光信号的至少一个第一光电单元和用于将光信号转化为电信号的至少一个第二光电单元；驱动放大模块，所述驱动放大模块的输出端与所述第一光电单元的第一极及所述第二光电单元的第一极电连接；偏压模块，所述偏压模块的输出端与所述第一光电单元的第二极电连接；放大均衡模块，所述放大均衡模块的输入端与所述第二光电单元的第二极电连接。

在一些实施例中，所述半双工光收发装置具有发射工作模式，在所述发射工作模式时，所述驱动放大模块的输入端用于接收调制电信号，所述驱动放大模块的输出端用于输出驱动电信号，所述偏压模块用于输出第一偏置电信号。

在一些实施例中，所述半双工光收发装置具有接收工作模式，在所述接收工作模式时，所述驱动放大模块的输入端用于接收控制电信号，所述驱动放大模块的输出端用于输出第二偏置电信号。

在一些实施例中，所述光器件收发模块具有第一引脚、至少一支的第二引脚、第三引脚；所述第一光电单元的第一极以及所述第二光电单元的第一极均与所述第一引脚电连接，且所述第一引脚与所述驱动放大模块的输出端电连接；所述第一光电单元的第二极与对应的所述第二引脚电连接，所述至少一支的第二引脚分别与所述偏压模块电连接；所述第二光电单元的第二极与所述第三引脚电连接，所述第三引脚与所述放大均衡模块电连接。

在一些实施例中，所述第一光电单元包括LED管芯，所述第二光电单元包括光敏器件，所述光敏器件可以为半导体材料类型的光敏感器件。

在一些实施例中，所述LED管芯的阴极为对应的所述第一光电单元的第一极，所述LED管芯的阳极为对应的所述第一光电单元的第二极；所述光敏器件的阴极为对应的所述第二光电单元的第一极，所述光敏器件的阳极为对应的所述第二光电单元的第二极。

在一些实施例中，所述LED管芯的阳极为对应的所述第一光电单元的第一极，所述LED管芯的阴极为对应的所述第一光电单元的第二极；所述光敏器件的阳极为对应的所述第二光电单元的第一极，所述光敏器件的阴极为对应的所述第二光电单元的第二极。

在一些实施例中，所述第一光电单元和所述第二光电单元各自包括LED管芯，其中第二光电单元的LED管芯运用其微弱的光敏性质，等同于一光敏器件。

在一些实施例中，所述LED管芯的阴极为对应的所述第一光电单元的第一极或所述第二光电单元的第一极；所述LED管芯的阳极为对应的所述第一光电单元的第二极或所述第二光电单元的第二极。

本实用新型实施例的半双工光收发装置，通过设计一种复合式的光器件收发模块，且结合该光器件收发模块的各接口连接的驱动放大模块、偏压模块和放大均衡模块，可以实现光电信号之间的相互转换，且整个半双工光收发装置的电路结构简单，并能有效隔离发射电路对接收电路所造成的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本实用新型一种实施例的半双工光收发装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的半双工光收发装置在发射工作模式下的工作原理图，其中虚线箭头表示可见光信号；

图3为本实用新型一种实施例的半双工光收发装置在接收工作模式下的工作原理图，其中虚线箭头表示可见光信号；

图4为本实用新型另一种实施例的半双工光收发装置的结构示意图。

附图标记：

100-半双工光收发装置；

10-光器件收发模块；11-第一光电单元；12-第二光电单元；13- 第一引脚；14-第二引脚；15-第三引脚；

20-驱动放大模块；21-驱动放大器；30-偏压模块；40-放大均衡模块；41-放大均衡器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面参考图1-图4描述本实用新型实施例的半双工光收发装置 100，其中本实用新型实施例的半双工光收发装置100具有发射工作模式和接收工作模式。在发射工作模式时，半双工光收发装置100可以将接收的电信号转换为光信号输出；在接收工作模式时，半双工光收发装置100可以将接收的光信号转换为电信号输出；但是该半双工光收发装置100的上述两种工作模式不能同时进行。

如图1所示，本实用新型实施例的半双工光收发装置100包括：光器件收发模块10、驱动放大模块20、偏压模块30和放大均衡模块 40。

其中，光器件收发模块10包括至少一个第一光电单元11和至少一个第二光电单元12，第一光电单元11用于将电信号转化为光信号并发射，第二光电单元12用于将所接收光信号转化为电信号。上述光信号可以为可见光信号，这样该半双工光收发装置100可以为可见光通信装置，其私密性和安全性更好。

换言之，光器件收发模块10可以实现光电信号之间的相互转换，光器件收发模块10可以为复合式光器件收发模块，在实际的执行中，光器件收发模块10可以封装有一种或多种可以实现光电转换的半导体材料管芯。

其中，图1所示的实施例中，光器件收发模块10包括多个第一光电单元11和多个第二光电单元12。

第一光电单元11包括第一极(图1中第一光电单元11下端的一极)和第二极(图1中第一光电单元11上端的一极)，该第一极和第二极中的一个对应第一光电单元11的阴极，该第一极和第二极中的另一个对应第一光电单元11的阳极。

第二光电单元12包括第一极(图1中第二光电单元12下端的一极)和第二极(图1中第二光电单元12上端的一极)，该第一极和第二极中的一个对应第二光电单元12的阴极，该第一极和第二极中的另一个对应第二光电单元12的阳极。

驱动放大模块20的输出端与第一光电单元11的第一极电连接，偏压模块30的输出端与第一光电单元11的第二极电连接。

驱动放大模块20的输出端与第二光电单元12的第一极电连接，放大均衡模块40的输入端与第二光电单元12的第二极电连接。

偏压模块30的输出端用于输出第一偏置电信号，该第一偏置电信号可以为直流偏置电压/电流信号。

如图4所示，偏压模块30可以包括电压源或电流源，偏压模块 30还可以包括限流电路。偏压模块30可以根据驱动放大模块20的特性，选择直接连接至电压源或者电流源，或者经过限流电路连接至电压源或者电流源，通过调节偏压模块30输出的直流偏置电压/电流或是限流电路可以控制第一光电单元11的发射亮度。

驱动放大模块20的输入端用于接收调制电信号或控制电信号。在驱动放大模块20的输入端接收调制电信号时(对应发射工作模式)，驱动放大模块20的输出端用于输出发射驱动信号；在驱动放大模块 20的输入端接收控制电信号时(对应接收工作模式)，驱动放大模块 20的输出端用于输出第二偏置电信号，该第二偏置电信号可以为直流偏置电压信号。

驱动放大模块20可以输出一定的电压、输出或吸收一定的电流，在发射工作模式，驱动放大模块20输出的电压幅度、输出或吸收的电流幅度受输入调制电信号的幅度控制；在接收工作模式，驱动放大模块20输出的电压幅度，为预设的固定值，用于为第二光电单元12提供稳定的偏置。

驱动放大模块20为第二光电单元12的控制开关，如图4所示，在实际的执行中，驱动放大模块20可以包括驱动放大器21和电压源，驱动放大器21可以为三极管。

放大均衡模块40的输入端用于接收第二光电单元12输出的光电流信号，放大均衡模块40用于将该光电流信号放大和均衡并输出至后续处理模块进行解调制。如图4所示，在实际的执行中，放大均衡模块40包括放大均衡器41。

如图2所示，半双工光收发装置100具有发射工作模式，在发射工作模式时，驱动放大模块20的输入端用于接收调制电信号，驱动放大模块20的输出端用于输出驱动电信号，偏压模块30用于输出第一偏置电信号。

换言之，在发射工作模式时，驱动放大模块20基于接收的调制电信号，向第一光电单元11发送发射驱动电信号，第一光电单元11基于发射驱动电信号和偏压模块30输出的第一偏置电信号发光，从而实现电信号向光信号的转换。

需要说明的是，在发射工作模式时，偏压模块30可以为第一光电单元11提供适当的偏置，以保证第一光电单元11在接收到发射驱动信号时能正确发射光信号。

如图3所示，半双工光收发装置100具有接收工作模式，在接收工作模式时，驱动放大模块20的输入端用于接收控制电信号，驱动放大模块20的输出端用于输出第二偏置电信号。

换言之，在接收工作模式时，驱动放大模块20基于接收的控制电信号，向第二光电单元12发送第二偏置电信号，第二光电单元12基于所接收的光信号向放大均衡模块40输出光电信号。

可以理解的是，接收工作模式下，驱动放大模块20、放大均衡模块40和第二光电单元12三者串联，且由于第一光电单元11中的LED 管芯的隔离作用，偏压模块30对第二光电单元12的光敏器件的接收基本没有影响或者干扰。

进一步地，在上述接收工作模式下，驱动放大模块20为第二光电单元12提供第二偏置电信号(反向偏置电压)，该第二偏置电信号可以保证接收模式下光器件收发模块10中作为发射的第一光电单元11 因为缺少足够的正向电压处于截止状态而不发光，从而消除对光器件收发模块10中作为光信号接收元件的第二光电单元12的影响或干扰。

综上所述，上述半双工光收发装置100，同一个信道仅包含两个通信节点，上述两个通信节点仅在其中一个节点处于发射模式、另一个节点处于接收模式时能正常传输数据，两个通信节点同时处于发射模式或接收模式时均无法正常传输数据；为了保证上述两个通信节点之间可以正常传输数据，上述两个通信节点平时处于均接收模式，根据约定的通信协议按照时分复用的方式分别进入发射模式以确保两通信节点间可靠的数据传输。

根据本实用新型实施例的半双工光收发装置100，通过设计一种复合式的光器件收发模块10，且结合该光器件收发模块10的各接口连接的驱动放大模块20、偏压模块30和放大均衡模块40，可以实现光电信号之间的相互转换，且整个半双工光收发装置100的电路结构简单，并能有效隔离发射电路对接收电路所造成的干扰。

在一些实施例中，如图1所示，光器件收发模块10具有第一引脚 13、至少一支的第二引脚14、第三引脚15。

第一光电单元11的第一极以及多个第二光电单元12的第一极均与第一引脚13电连接，且第一引脚13与驱动放大模块20的输出端电连接；第一光电单元11的第二极均与对应的第二引脚14电连接，至少一支的第二引脚14分别与偏压模块30电连接；第二光电单元12 的第二极与第三引脚15电连接，第三引脚15与放大均衡模块40电连接。

在图1所示的实施例中，多个第一光电单元11的第一极以及多个第二光电单元12的第一极均与第一引脚13电连接，且第一引脚13 与驱动放大模块20的输出端电连接；多个第一光电单元11的第二极均与对应的第二引脚14电连接，多个第二引脚14分别与偏压模块30 电连接；多个第二光电单元12的第二极均与第三引脚15电连接，第三引脚15与放大均衡模块40电连接。

可以理解的是，光器件收发模块10由一种或多种半导体光电单元组合后封装形成，通过设置公共引脚的方式，可以减少光器件收发模块10电气引脚数量，便于整个半双工光收发装置100的装配连接。

在一些实施例中，第一光电单元11包括LED管芯，第二光电单元12包括光敏器件。

也就是说，该实施例的光器件收发模块10以LED管芯作为电—光转换元件，以光敏器件作为光—电转换元件。

其中，LED管芯可以根据实际应用需要选择约625nm波长的红色 LED管芯、约525nm的绿色LED管芯、约470nm的蓝色LED管芯以及其它可见光波长LED管芯或不同可见光波长LED管芯的组合。

光敏器件包括但不限于硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷镓砷(GaAsP)、磷化铝镓铟/铝铟镓磷(AlInGaP)等材料的单体或复合体，负责将接收到的光信号转换为电信号。在实际的执行中，光敏器件可以为硅光电池、硅光电二极管、硅PIN光电二极管、硅光电三极管和硅雪崩光电二极管以及其它半导体材料类型的光敏感器件，包括但不限于光电池、光电二极管、光电三极管和雪崩光电二极管。

在共阴极连接法的实施例中，LED管芯的阴极为对应的第一光电单元11的第一极，LED管芯的阳极为对应的第一光电单元11的第二极；光敏器件的阴极为对应的第二光电单元12的第一极，光敏器件的阳极为对应的第二光电单元12的第二极。

在该实施例中，LED管芯的阴极可以连接到第一引脚13，LED 管芯的阳极可以连接到第二引脚14，光敏器件的阴极可以连接到第一引脚13，光敏器件的阳极可以连接到第三引脚15。

在共阳极连接法的实施例中，LED管芯的阳极为对应的第一光电单元11的第一极，LED管芯的阴极为对应的第一光电单元11的第二极；光敏器件的阳极为对应的第二光电单元12的第一极，光敏器件的阴极为对应的第二光电单元12的第二极。

在另一些实施例中，如图4所示，第一光电单元11和第二光电单元12各自包括LED管芯，其中第二光电单元的LED管芯运用其微弱的光敏性质，等同于一光敏器件。

换言之，第一光电单元11为LED管芯，第二光电单元12也为 LED管芯。也就是说，该实施例的光器件收发模块10以LED管芯作为电—光转换元件和光—电转换元件。

在共阴极连接法的实施例中，LED管芯的阴极为对应的第一光电单元11的第一极或第二光电单元12的第一极；LED管芯的阳极为对应的第一光电单元11的第二极或第二光电单元12的第二极。

在该实施例中，作为第一光电单元11的LED管芯的阴极形成第一光电单元11的第一极，作为第一光电单元11的LED管芯的阳极形成第一光电单元11的第二极，作为第二光电单元12的LED管芯的阴极形成第二光电单元12的第一极，作为第二光电单元12的LED管芯的阳极形成第二光电单元12的第二极。

在该实施例中，所有LED管芯的阴极可以连接到第一引脚13，作为第一光电单元11的LED管芯的阳极可以连接到第二引脚14，作为第二光电单元12的LED管芯的阳极可以连接到第三引脚15。

当然，光器件收发模块10的多个引脚可以依本实用新型的共阴极连接方式或共阳极连接方式按照实际需要进行调整。

下面对本实用新型实施例提供的半双工光收发方法进行描述，下文描述的半双工光收发方法与上文描述的半双工光收发装置100可相互对应参照，该半双工光收发方法可以使用上述的半双工光收发装置 100实现。

本实用新型实施例提供的半双工光收发方法包括：半双工光发射方法和半双工光接收方法。

其中，半双工光发射方法包括：驱动放大模块20基于接收的调制电信号输出发射驱动电信号给第一光电单元11的第一极，偏压模块 30输出第一偏置电信号给第一光电单元11的第二极，第一光电单元 11基于发射驱动电信号和第一偏置电信号发光。

驱动放大模块20基于接收的调制电信号，向第一光电单元11发送发射驱动电信号，第一光电单元11基于发射驱动电信号和偏压模块 30输出的第一偏置电信号发光，从而实现电信号向光信号的转换。驱动放大模块20作为第一光电单元11的控制开关，偏压模块30可以为第一光电单元11提供适当的偏置，同时提供或吸收点亮第一光电单元 11所需的电流。

半双工光接收方法包括：驱动放大模块20基于接收的控制电信号输出第二偏置电信号给第二光电单元12的第一极，第二光电单元12 基于第二偏置电信号和接收的光信号，输出光电信号给放大均衡模块 40，放大均衡模块40基于光电信号输出接收信号。

在接收工作模式时，驱动放大模块20基于接收的控制电信号，向第二光电单元12发送第二偏置电信号，第二光电单元12基于第二偏置电信号和接收的光信号向放大均衡模块40输出光电信号。

根据本实用新型实施例的半双工光收发方法，可以实现光电信号之间的相互转换，并能有效隔离发射电路对接收电路所造成的干扰。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种半双工光收发装置，其特征在于，包括：

光器件收发模块，所述光器件收发模块包括用于将电信号转化为光信号的至少一个第一光电单元和用于将光信号转化为电信号的至少一个第二光电单元；

驱动放大模块，所述驱动放大模块的输出端与所述第一光电单元的第一极及所述第二光电单元的第一极电连接；

偏压模块，所述偏压模块的输出端与所述第一光电单元的第二极电连接；

放大均衡模块，所述放大均衡模块的输入端与所述第二光电单元的第二极电连接。

2.根据权利要求1所述的半双工光收发装置，其特征在于，所述半双工光收发装置具有发射工作模式，在所述发射工作模式时，所述驱动放大模块的输入端用于接收调制电信号，所述驱动放大模块的输出端用于输出驱动电信号，所述偏压模块用于输出第一偏置电信号。

3.根据权利要求1所述的半双工光收发装置，其特征在于，所述半双工光收发装置具有接收工作模式，在所述接收工作模式时，所述驱动放大模块的输入端用于接收控制电信号，所述驱动放大模块的输出端用于输出第二偏置电信号。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的半双工光收发装置，其特征在于，所述光器件收发模块具有第一引脚、至少一支的第二引脚、第三引脚；

所述第一光电单元的第一极以及所述第二光电单元的第一极均与所述第一引脚电连接，且所述第一引脚与所述驱动放大模块的输出端电连接；

所述第一光电单元的第二极均与对应的所述第二引脚电连接，所述至少一支的第二引脚分别与所述偏压模块电连接；

所述第二光电单元的第二极与所述第三引脚电连接，所述第三引脚与所述放大均衡模块电连接。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的半双工光收发装置，其特征在于，所述第一光电单元包括LED管芯，所述第二光电单元包括光敏器件，所述光敏器件可以为半导体材料类型的光敏感器件。

6.根据权利要求5所述的半双工光收发装置，其特征在于，所述LED管芯的阴极为对应的所述第一光电单元的第一极，所述LED管芯的阳极为对应的所述第一光电单元的第二极；所述光敏器件的阴极为对应的所述第二光电单元的第一极，所述光敏器件的阳极为对应的所述第二光电单元的第二极。

7.根据权利要求5所述的半双工光收发装置，其特征在于，所述LED管芯的阳极为对应的所述第一光电单元的第一极，所述LED管芯的阴极为对应的所述第一光电单元的第二极；所述光敏器件的阳极为对应的所述第二光电单元的第一极，所述光敏器件的阴极为对应的所述第二光电单元的第二极。