一種支持數字診斷功能的光網絡單元的製作方法

2023-12-04 12:56:46

專利名稱：一種支持數字診斷功能的光網絡單元的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光通訊技術領域，具體地說，是涉及一種可以支持數字診 斷功能的光網絡單元。
背景技術：
以太無源光網^^即EP0N，是由IEEE 802. 3工作小組在2000年11月成立 的EFM (Ethernet in the First Mile)研究小組提出的，其標準IEEE 802. 3ah 已於2004年6月頒布。同其它P0N4支術相比，EP0N4支術同樣採用點到多點的 用戶網絡拓樸結構，利用光纖實現數據、語音和視頻的全業務接入的目的。由 於目前IP網絡的普遍建設，基於乙太網技術的元器件比較簡單成熟，更易於大 規模應用。
2008年年初電信運營商明確提出了 "光進銅退"的發展策略，在包交換網 絡成為主流的今天，繼承了乙太網技術的EPON將發揮巨大的作用，將有力推動 我國信息化建設進程。隨著EPON解決方案在全球範圍內的大規模部署，服務供 應商也越來越注重能夠讓他們管理和維持其網絡效率，降低Operating Expenditure(運營性支出OPEX),提高可靠性，與加強故障排除能力的性能。
時至今日，國內基於EPON的鋪設越來越多，對成本和質量的要求越來越嚴 格。因此，以極低成本實現EPON系統光鏈路監控功能的ONU光網絡單元對EPON 系統的推廣具有重要的戰略意義和巨大的市場前景。
在這種背景下，如何以極低的硬體成本實現以太無源光網絡單元對數字診 斷功能的支持是廣大光網絡單元開發商亟待解決的主要問題之一。
實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種可以支持數字診斷功能的光網絡單元，以 極低的成本實現對光功率檢測功能的硬體支持。
為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案予以實現 一種支持數字診斷功能的光網絡單元，包括雷射器和雷射驅動器；所述激 光器產生的背光電流通過一高速儲能電路連接一監控晶片的輸入端，所述高速 儲能電路在數據突發傳送期間對背光電流進行採樣保持，並在數據傳送結束後、 兩次突發傳送期間將存儲的電信號傳輸至監控晶片，以用於計算數據突發期間 的平均光功率。
進一步的，在所述高速儲能電路中包含有一儲能電容，其正極一方面連接 所述監控晶片的輸入端，另 一方面通過一 高速開關的開關通路連接雷射器的背 光電流輸出端；所述高速開關的控制端連接雷射驅動器，接收雷射驅動器輸出 的發射使能信號，並在接收到有效的發射使能信號時控制其開關通路導通，將 雷射器產生的背光電流傳輸至儲能電容，為所述儲能電容充電。
又進一 步的，所述雷射器的背光電流輸出端通過濾波電路連接所述的高速 儲能電路。
其中，所述濾波電路的濾波轉換角頻率應小於光信號的最小突髮長度。 優選的，所述濾波電路由電阻和電容並聯組成。
再進一步的，所述雷射驅動器接收用戶發出的接收或者發送指令信號，進 而生成相應電平狀態的發射使能信號，輸出至所述的高速開關，控制高速開關 通斷。
更進一步的，所述雷射器的背光電流輸出端通過自動功率控制迴路連接激 光碟機動器，以調節雷射驅動器輸出至雷射器的偏置電流，以保持穩定的平均光 功率。
為了使本實用新型的光網絡單元能夠進一步實現對下行接收光功率的檢 測，在所述光網絡單元中還包含有一光電接收器和一採樣保持電^各，所述光電接收器根據接收到的光信號產生與之對應的響應電流，並將所述響應電流通過 採樣保持電路連接所述監控晶片的另外一路輸入端，以用於計算平均接收光功 率。
進一步的，所述採樣保持電路採用一電阻和電容並聯組成。 為了進一步達到節約硬體成本的設計目的，採用一顆集成有所述雷射驅動 器和限幅放大器的收發一體晶片設計所述的光網絡單元，所述收發一體晶片通 過隔直電容連接光電接收器的差分數據輸出端，對接收到的差分信號的幅值進 行放大處理後輸出至後續電路。而所述監控晶片則優選採用 一顆低成本的單片 機實現。
與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的光網絡 單元一方面通過增設高速儲能電路，對突發才莫式下的光信號進行採樣保持，進 而在數據發送結束後將儲能電路電壓傳送至監控晶片，以實現對上行突發模式 下每個突發信號包的平均光功率進行監控和精確測量；另一方面，通過在接收
端增設採樣保持電路，對接收端轉換輸出的響應電流進行採樣保持，進而傳輸 至監控晶片進行監控和校準，從而可以實現對下行接收光功率的有效檢測，進 而完成精確計算。通過對這些監控量進行實時檢測，可以幫助網絡管理員找出 光纖鏈路中發生故障的位置，進而簡化維護工作，提高系統的可靠性。
結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述後，本實用新型的其他特點 和優點將變得更加清楚。


圖1是實用新型所提出的光網絡單元的一種實施例的電路原理圖。 務沐實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。 本實用新型的光網絡單元對於突發模式下發射部分光功率監測，出於低成本考慮，優選採用將雷射驅動器和限幅放大器集成於一體的收發一體晶片配合
低成本的監控晶片(比如單片機MCU)來搭建突發發送光功率檢測電路；並根 據EP0N系統最短工作包選用高速開關並搭建高速儲能電路(或者直接選用高速 儲能電路)，來對於突發模式下的光信號進行採樣保持，在雷射器關閉發送時， 將儲能電路保存的電壓(與雷射器產生的背光電流大小相對應)傳送至監控芯 片，以實現突發模式下平均發送光功率的精確測量；對於接收光功率，選擇帶 有光信號幅度支持的接收光器件，對於線性指示的信號引腳進行濾波整形後再 傳送至所述的專用監控晶片，以完成對接收光信號的監控與才交準，從而實現了 對接收光功率的準確監控。由此，以簡單的硬體電路結構徹底解決了現有以太 無源光網絡單元EPON O而所存在的兩大技術難題，即1、對於上行突發模式 下每個突發信號包的平均光功率實現精確的監控和計算；2、對於下行接收光功 率實現精確的4企測；從而促進了光網絡技術的發展。
下面以 一個具體的實施例來詳細闡述所述光網絡單元的具體組成結構及其 工作原理。
實施例一，對於通常的以太無源光網絡單元來i兌，在連續才莫式應用中，常 常需要對雷射器的背光電流進行低通濾波，得到與平均發送光功率相對應的平 均電流值。然而，在突發模式下，雷射器僅僅在相對較短的時間周期內導通， 而且每次突發時間的長短也不一樣。因此，經過低通濾波輸出的背光電流就不 能4艮好的反映光功率。
為了解決這一問題，本實施例提出了一種適用於突發模式的發送光功率監 控電路，包括雷射驅動器LD DRIVER、限幅;改大器LA、雷射器LD、監控晶片、 高速開關電路和高速儲能電路等主要組成部分。在本實施例中，出於降低成本 的考慮，所述雷射驅動器和限幅;改大器採用 一顆集成有二者功能的收發一體芯 片Ul實現；監控晶片可以採用一顆低成本的單片機MCU實現；高速開關電路可 以具體採用一顆開關晶片K實現，而高速儲能電路則可以選用一顆電解電容C4 來實現對電荷的存儲，如圖1所示。圖1中，收發一體晶片Ul的兩個差分信號輸入端通過匹配電路連接數據接
收端DATA,接收客戶發出的發送或者接收控制指令，進而轉換成高電平或者低 電平的脈衝信號，作為發射使能信號傳輸至開關晶片K的控制端，以觸發高速 儲能電路。當用戶需要發送數據時，將發射使能信號切換至有效狀態，比如高 電平狀態，進而通過收發一體晶片Ul內部的雷射驅動器產生偏置電流Ibias， 作用於雷射器LD中的發光二極體，驅動發光二極體發光。與此同時，客戶發出 的數據信號DATA通過匹配電路輸入到雷射驅動器，進而生成電流Imod調製到 偏置電流Ibias上，通過控制雷射器LD中發光二極體的導通程度來改變其發光 強弱，以將客戶發出的數據信號轉變成光信號通過光纖傳輸出去。
在雷射器LD中，光敏二極體根據發光二極體發出的光線強弱產生相應大小 的背光電流Imd，通過濾波電路對背光電流Imd進行濾波整形後， 一路通過自 動功率控制迴路APC LOOP反饋給雷射驅動器，以便控制雷射器LD的發光功率； 另一路通過受控導通的開關晶片K的開關通路輸出至儲能電容C4，進行採樣保 持，進而通過MCU的ADC埠進行模數轉換，以提供給MCU實現對突發模式下 平均發送光功率的監控及準確計算。與偏置電流Ibias相當的電流信號 Bias-MON經下拉電阻Rl後，轉換為電壓信號傳4lr至MCU的另外一路ADC埠 ， 進行模數轉換後，以實現對偏置電流Ibias的監控校準。
在本實施例中，所述濾波電^各可以具體採用由電阻和電容並聯組成的RC 濾波網絡實現，圖中未示出。濾波轉換的角頻率需要估計最小的突髮長度，使 得雷射器LD內部光敏二極體在突發周期結束之前能夠達到穩定值，即通過選擇 電阻和電容的參數，使時間常數RC小於突發信號包的最小長度，通常不低於 30nS。若要得到數據突發期間的平均光功率的精確值，那麼在突發期間，應該 在背光電流Imd到達其終值後(即雷射器LD關閉前，背光電流Imd的值)，對 背光電流Imd進行採樣。
為了保持穩定的平均光功率，需要利用自動功率控制迴路APCLOOP。所述 自動功率控制迴路APC LOOP利用雷射器LD封裝的背光二極體產生的背光電流Imd，調節雷射驅動器產生的偏置電流Ibias，佳J尋;險測到的偏置電流Ibias與 其內部預先設值得參考電流相當，即成一定的比例關係，以提供恆定的光輸出 功率。
在本實施例中，所述雷射驅動器只有存在光輸出時，即發射使能信號有效 時，才驅動雷射器LD發光，產生背光電流Imd，同時控制開關晶片K導通，通 過儲能電容C4對背光電流Imd進行採樣保持；當發射使能信號無效時，背光電 流Imd為零，說明雷射器LD關閉。此時，開關晶片K關閉，儲能電容C4將採 樣保持的電壓傳輸至MCU的ADC埠 ，以進行突發平均光功率的監控和計算。
對於下行接收光功率的檢測，本實施例的光網絡單元將光電接收器PIN輸 出的響應電流Ipd通過一採樣保持電路傳輸至MCU的另外一路ADC埠 ，如圖 1所示，以實現光網絡單元在連續模式下對接收光功率的精確監控。
圖1中，光電接收器PIN通過其內部的光敏二極體接收通過光纖輸入的光 信號，進而產生與之對應的響應電流Ipd。將所述響應電流Ipd通過由電阻R3 和電容C3並聯組成的採樣保持電路轉換為電壓信號後，進行採樣保持，進而傳 輸至MCU的ADC埠轉換成內部校準的數字量，以便實現對連續模式下平均接 收光功率的監控校準。在所述採樣保持電路中，電容C3同時對響應電流Ipd 起到低通濾波的作用，以濾除幹擾脈衝；電阻R3的阻值需要通過實驗進行調整， 以滿足MCU的ADC埠所支持的輸入電平範圍，並充分考慮在整個光接收動態 範圍內滿足SFF-8472規定的精度。
所述光電接收器PIN的差分數據輸出端OUT 、 D0UT分別通過一路隔直電容 Cl、 C2連接收發一體晶片Ul中的限幅放大器LA,以對接收到的差分信號的幅 值進行放大處理後，輸出至後續電路。
另外，要符合SFF-8472標準，需要提供I2C總線訪問的256位元組的EEPR0M， 在本實施例中，採用內置有EEPROM且支持512位元組傳輸的MCU實現，其主I2C 總線(Master I2C )用於訪問MCU和在線控制從I2C總線(Slave I2C )。
除此之外，為了使本實施例的光網絡單元具有更多的監控功能，本實施例優選採用具有溫度檢測、供電電壓檢測和偏置電流檢測功能的單片機MCU來組 建光網絡單元，從而實現了對模塊的溫度、供電電壓、雷射器偏置電流以及突 發模式下發射光功率和連續模式下接收光功率的實時監控。與以往不帶監控功 能的光收發一體模塊相比，這些監控量的檢測可以幫助網絡管理員找出光纖鏈 路中發生故障的位置，進而簡化維護工作，提高和改善FTTH EPON系統的穩定 性，，提升EP0N系統在FTTH領域的竟爭力。
應當指出的是，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不 僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質範圍內所做 出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1、一種支持數字診斷功能的光網絡單元，包括雷射器和雷射驅動器；其特徵在於所述雷射器產生的背光電流通過一高速儲能電路連接一監控晶片的輸入端，所述高速儲能電路在數據突發傳送期間對背光電流進行採樣保持，並在數據傳送結束後將存儲的電信號傳輸至監控晶片，以用於計算數據突發期間的平均光功率。
2、 根據權利要求l所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在於 在所述高速儲能電路中包含有一儲能電容，其正極一方面連接所述監控晶片的 輸入端，另一方面通過一高速開關的開關通if各連接雷射器的背光電流輸出端； 所述高速開關的控制端連接雷射驅動器,接收雷射驅動器輸出的發射使能信號， 並在接收到有效的發射使能信號時控制其開關通路導通，將雷射器產生的背光 電流傳輸至儲能電容，為所述儲能電容充電。
3、 根據權利要求1或2所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在 於所述雷射器的背光電流輸出端通過濾波電路連接所述的高速儲能電路。
4、 根據權利要求3所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在於 所述濾波電路的濾波轉換角頻率小於光信號的最小突髮長度。
5、 根據權利要求4所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在於 所述濾波電路由電阻和電容並聯組成。
6、 根據權利要求3所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在於 所述雷射驅動器接收用戶發出的接收或者發送指令信號，進而生成相應電平狀 態的發射使能信號，輸出至所述的高速開關。
7、 根據權利要求3所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在於 所述雷射器的背光電流輸出端通過自動功率控制迴路連接雷射驅動器，以調節 雷射驅動器輸出至雷射器的偏置電流。
8、 根據權利要求1或2所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在於在所述光網絡單元中還包含有一光電接收器和一採樣保持電路，所述光電 接收器根據接收到的光信號產生與之對應的響應電流，並將所述響應電流通過 採樣保持電路連接所述監控晶片的另外一i 各輸入端，以用於計算平均接收光功率。
9、 根據權利要求8所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵在於 所述釆樣保持電路採用一電阻和電容並聯組成。
10、 根據權利要求1或2所述的支持數字診斷功能的光網絡單元，其特徵 在於所述雷射驅動器內置於一顆收發一體晶片中，在所述收發一體晶片中還 集成有一限幅放大器，通過隔直電容連接光電接收器的差分數據輸出端；所述 監控晶片為一單片^L。
專利摘要本實用新型公開了一種支持數字診斷功能的光網絡單元，包括雷射器和雷射驅動器；所述雷射器產生的背光電流通過一高速儲能電路連接一監控晶片的輸入端，所述高速儲能電路在數據突發傳送期間對背光電流進行採樣保持，並在數據傳送結束後、兩次突發傳送期間將存儲的電信號傳輸至監控晶片，以用於計算數據突發期間的平均光功率。與此同時，通過將光電接收器輸出的響應電流經過一採樣保持電路連接所述監控晶片的另外一路輸入端，從而實現了對平均接收光功率的監控校準。本實用新型的光網絡單元通過選用集成有雷射驅動器和限幅放大器的收發一體晶片配合低成本的單片機構建光功率檢測電路，從而降低了光網絡單元的成本，滿足了國內光網絡鋪設的要求。
文檔編號H04B10/08GK201414128SQ20092002461
公開日2010年2月24日 申請日期2009年5月4日 優先權日2009年5月4日
發明者吳錫貴, 華 張 申請人:青島海信寬帶多媒體技術有限公司