CN110011726A - 实现光路自动切换的光电收发模块、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种实现光路自动切换的光电收发模块，包括：外壳以及设置于外壳内的光电收发模块本体，光电收发模块本体包括对应于第一光电通路的第一光电结构及对应于第二光电通路的第二光电结构，第一光电结构及第二光电结构均包括依次连接的电接口单元、切换单元、数据链路通信单元、监测控制单元及光口单元，切换单元用于当任一光电通路出现故障时，实现第一光电结构及第二光电结构之间的切换。本发明还公开了实现光路自动切换的系统及方法，实施本发明的实现光路自动切换的光电收发模块、系统及方法对光电通信网络进行光缆物理链路自动监测，当主路出现故障时，自动切换至旁路，确保光网络的持续通信。

Description

实现光路自动切换的光电收发模块、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种通信模块，特别涉及一种实现光路自动切换的光电收发模块、系统及方法。

背景技术

OLP(Optical Fiber Line Auto Switch Protection Equipment)——光纤线路自动切换保护装置。光纤自动切换保护系统(简称OLP)是一个独立于通信传输系统，完全建立在光缆物理链路上的自动监测保护系统。线路保护器OLP是工作在光层的传输设备，具有传输信号独立透明、安全可靠、故障恢复快速的特点。可以帮助用户组建一个无阻断、高可靠、安全灵活、抗灾害能力强的光通信网。

OLP对光纤网络要求高的应用，一般光模块只有一个光口，加上旁路光纤保护，当主光纤故障时，切换到备路进行工作，保证整个系统不掉线，传统的切换由设备支持，这样相当于面板上一半模块处于备用状态，真正传输使用的只有一半，就会影响整个面板的传输密度，且设备实现成本较高。

发明内容

为了解决以上的问题，本发明提供一种具有两个光口、无需旁路光开关的实现光路自动切换的光电收发模块、系统及方法。

本发明公开了一种实现光路自动切换的光电收发模块，包括：外壳以及设置于所述的外壳内的光电收发模块本体，所述的外壳的一侧设置通向不同光电通路的两个光口，所述的光电收发模块本体包括对应于第一光电通路的第一光电结构及对应于第二光电通路的第二光电结构，所述的第一光电结构及第二光电结构均包括依次连接的电接口单元、切换单元、数据链路通信单元、监测控制单元及光口单元，所述的数据链路通信单元用于实现光信号与电信号相互转换，所述的监测控制单元用于处理所述的电信号，所述的切换单元用于当任一光电通路出现故障时，实现第一光电结构及第二光电结构之间的切换。

进一步地，所述的第一光电结构及第二光电结构平行设置、结构相同。

进一步地，所述的光电收发模块通电状态下，只有一条光电通路处于通电状态，另一光电通路处于备用状态。

进一步地，所述切换单元包括微处理器芯片、采样电路、滤波放大电路、信号转换电路、比较电路，其中，所述的采样电路、滤波放大电路、信号转换电路、比较电路均与所述的微处理器芯片相连，

其中，采样电路用于对数据链路的电信号进行采样；

滤波放大电路用于所述的电信号进行滤波放大；

信号转换电路用于对所述的电信号转换成数字信号；

比较电路用于对将数字信号与预设的临界值进行比较，若低于临界值，向所述的微处理器芯片发送故障信号；

微处理器芯片用于当收到所述的故障信号时，断开故障信号所在的光电通路，并切换至另一光电通路。

进一步地，所述的数据链路通信单元包括：光电接收及发送探测器、跨阻放大器、反馈电路以及波分复用器，其中，所述的光电接收及发送探测器完成光信号与电信号的互换；所述的跨阻放大器用于对所述的电信号进行放大整形；所述的反馈电路用于对所述的光信号进行反馈，形成反馈信号输入到所述的采样电路以校正采样电路的采样值；所述的波分复用器用于将接收到的总光进行分波。

进一步地，所述的监测控制单元包括外部I2C单元和内部I2C单元，所述的外部I2C单元实现所述的光电转换模块与外界设备的通信功能，所述的内部I2C单元实现内部数据链路单元多个监控量的实时监控。

进一步地，所述的外壳包括包括底座装置、顶盖装置、解锁装置，所述的顶盖装置用于盖合所述的底座装置，所述的解锁装置通过螺丝活动固定所述的底座装置及顶盖装置。

本发明公开了一种实现光路自动切换的系统，包括至少两个对应设置的光电收发模块，连接于两个光电收发模块的光口单元之间的光纤，所述的光电收发模块为上述的光电收发模块。

本发明公开了一种实现光路自动切换的方法，用于上述的系统中，所述的方法包括：

S1，设置一光电通路为主路进行通电，另一光电通路为备路进行待机；

S2，检测所述主路中的光信息，进行A/D转换成光数字量；

S3，判断光数字量是否低于预设的光数值，若是，进入步骤S4，若否，返回步骤S2；

S4，切换所述的主路至备路，启动备路进行光电通讯。

实施本发明的一种实现光路自动切换的光电收发模块、系统及方法，具有以下有益的技术效果：

区别于现有技术中只有一个光口，为了防止出现故障时掉线，需要加上旁路光开关保护的不足，本技术方案具有两个光口，对光电通信网络进行光缆物理链路自动监测，当主路出现故障时，自动切换至旁路，确保光网络的持续通信，对光纤系统的安全可靠，故障快速恢复起到保障作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种实现光路自动切换的光电收发模块的第一外观图；

图2为本发明实施例一种实现光路自动切换的光电收发模块的第二外观图；

图3为本发明一种实现光路自动切换的光电收发模块电路模块图；

图4为本发明一种实现光路自动切换的系统模块图；

图5为本发明一种实现光路自动切换的方法流程图；

图6为本发明一种实现光路自动切换的方法的信号流工作流向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2及图3，本发明的实施例，一种实现光路自动切换的光电收发模块1，包括：外壳10以及设置于外壳10内的光电收发模块本体，外壳10的一侧设置通向不同光电通路的两个光口20，光电收发模块本体包括对应于第一光电通路的第一光电结构及对应于第二光电通路的第二光电结构。

光口20包括LC插芯适配器、陶瓷套筒和固定下套。

第一光电结构及第二光电结构均包括依次连接的电接口单元30、切换单元40、数据链路通信单元50、监测控制单元60及光口单元70，数据链路通信单元50用于实现光信号与电信号相互转换，监测控制单元60用于处理电信号，切换单元40用于当任一光电通路出现故障时，实现第一光电结构及第二光电结构之间的切换。

这款OLP功能的模块，颠覆了传统的功能实现方式，直接由模块内部自动判别实现备路切换，也就是说模块内部集成了主路和备路的功能，并能实时监测，光纤链路出现故障时，实现光路自动切换，保证电信号链路正常使用。

OLP光模块使用在面板上时可全部正常传输使用，无需另备用光模块，这样面板密度提升了一倍，且自动切换功能由OLP光模块实现，设备无需做定制开发，常规设备即可使用，整体降低了系统成本，且使用灵活，更便于应用推广。

实现光路自动切换的光电模块的开发，解决了目前OLP功能设备设计的繁杂，降低了整体光网系统的成本，提高了面板密度。是OLP光纤线路自动切换保护装置的最佳实现方式。为增强网络安全、稳定可靠，提供最优的性价比解决方案。

电接口单元30包括：兼容标准SFP/SFP+金手指接口，包括发射信号脚TD+、TD-；接收信号脚RD+、RD-；+3.3V电源和GND引脚；SCL、SDA通信引脚；TX_FAULT、RX_LOS状态引脚、TX_DIS控制引脚、MOD_ABS为在位检测引脚。

切换单元40包括与电接口单元30相连接的TD+、TD-和RD+、RD-；两个信号转换部件；连接两个信号转换部件的TR+、TR-，上述信号均为差分正负信号。

监测控制单元60：包括信号采集、切换控制、寄存器配置和协议部分。信号采集主要是通过A/D转换进行；切换控制将采集的数据进行内部算法判定是否达到切换的条件，如果达到则进行切换控制的输出，达到控制切换的功能；寄存器配置指通过内部I2C通信对驱动整形等芯片进行寄存器配置，实现最佳的性能；协议部分主要包括A0、A2响应地址位的配置和OLP功能定义。

第一光电结构及第二光电结构平行设置、结构相同。

光电收发模块1通电状态下，只有一条光电通路处于通电状态，另一光电通路处于备用状态。

切换单元40包括微处理器芯片、采样电路、滤波放大电路、信号转换电路、比较电路，其中，采样电路、滤波放大电路、信号转换电路、比较电路均与微处理器芯片相连，

其中，采样电路用于对数据链路的电信号进行采样；

滤波放大电路用于所述的电信号进行滤波放大；

信号转换电路用于对所述的电信号转换成数字信号；

比较电路用于对将数字信号与预设的临界值进行比较，若低于临界值，向所述的微处理器芯片发送故障信号；

微处理器芯片用于当收到所述的故障信号时，断开故障信号所在的光电通路，并切换至另一光电通路。

其中，采样电路、信号转换电路、滤波放大电路可以集成于一体，该一体的电路模块的产品型号可为：ADS7816U，该产品可实现12位高速微功耗采样模数转换。

微处理器芯片可采用的产品型号为：STM32F429IGT6。

数据链路通信单元50包括：光电接收及发送探测器、跨阻放大器、反馈电路以及波分复用器，其中，所述的光电接收及发送探测器完成光信号与电信号的互换；所述的跨阻放大器用于对所述的电信号进行放大整形；所述的反馈电路用于对所述的光信号进行反馈，形成反馈信号输入到所述的采样电路以校正采样电路的采样值；所述的波分复用器用于将接收到的总光进行分波。

跨阻放大器对探测器转换的电流信号进行放大整形，形成电压信号，送至后端数据信号处理单元。

反馈电路将对接收的光进行转换，为后端控制信号处理单元提供原始的采样值。

光电接收及发送探测器包括接收光信号的光电二极管阵列，光电二极管阵列对应连接的跨阻/限幅放大器，光引擎将光纤带传输的光信号耦合到光电二极管阵列上，光电二极管阵列将光信号转换为电信号，传输至对应连接的跨阻/限幅放大器，并转换为差分信号，传输至电连接器，并经电连接器传输至主板。

外壳10包括包括底座装置、顶盖装置、解锁装置，所述的顶盖装置用于盖合所述的底座装置，所述的解锁装置通过螺丝活动固定所述的底座装置及顶盖装置。

请参阅图6，本技术方案中的光电收发模块1的工作过程为：

发射端自动切换过程：

外部设备电信号通过电信号接口单元，进入电信号切换单元的TD+和TD-，正常情况下在主路工作，TD+和TD-信号通过激光驱动单元的主路驱动，驱动光器件单元的主路发射器件进行发光；假如主路光纤链路发生故障，则TD+和TD-信号被控制不会进入激光驱动单元的主路驱动，而是进入电信号切换单元的TR+和TR-，到达电信号切换单元的信号转换部件，再通过激光驱动单元的备路驱动，驱动光器件单元的备路发射器件进行发光。从而实现发射端信号的自动切换功能。

接收端自动切换过程：

当光器件单元的主路接收部分收到光信号之后，通过内部转换成电信号，电信号进入信号整形单元进行信号质量的恢复，再进入到电信号切换单元的信号转换部件，通过TR+和TR-进入到电信号切换单元的信号转换部件，再通过RD+和RD-输出至外部设备；假如主路光纤链路发生故障，则监测控制单元会控制关闭主路激光器，对端同时会启用备路激光器，这样光器件单元的备路接收部分就会收到对端的光信号，光信号通过内部转换成电信号，电信号进入信号整形单元进行信号质量的恢复，再进入到电信号切换单元的转换部件，通过RD+和RD-输出至外部设备。从而实现接收端信号的自动切换功能。

切换条件：

OLP光电模块可设置为自动模式和强制模式。当处于自动模式时，OLP光电模块会通过光信号幅度和收光大小双重判定，判定条件的阈值大小可依据情况自行设置。当低于阈值时，OLP光电模块会自动进行切换控制，假如开始处于主路工作，则会切换至备路；开始处于备路工作，则会切换至主路。强制模式是指使用者可通过命令直接强制OLP光电模块在主路工作或在备路工作。同时OLP光电模块还会显示当前是工作在主路还是备路，让用户很清晰的了解光纤链路的故障状态。

请参阅图4、一种实现光路自动切换的系统100，包括至少两个对应设置的光电收发模块，连接于两个光电收发模块的光口之间的光纤200，光电收发模块为上述的光电收发模块1。

光电收发模块1具有激光驱动单元：主要用来驱动激光器发光，包含主路驱动和备路驱动，并带有APC自动控制功能，保证光功率的恒定，同时具备故障上报功能TX_FAULT和强制开关功能TX_DlS。

信号整形单元：主要是CDR功能，时钟数据恢复，确保信号的质量。

请参阅图5、一种实现光路自动切换的方法，用于图4的系统中，方法包括：

S1，设置一光电通路为主路进行通电，另一光电通路为备路进行待机；

S2，检测所述主路中的光信息，进行A/D转换成光数字量；

S3，判断光数字量是否低于预设的光数值，若是，进入步骤S4，若否，返回步骤S2；

S4，切换所述的主路至备路，启动备路进行光电通讯。

以上步骤可以软件的计算机程序代码的执行实现。

光器件单元：包括主路器件和备路器件。两种器件的功能均一致。器件包括发射部分、接收部分和光路对接部分。光路对接部分通过光的透反特性设计，保证光的单纤双向传送。另外光器件单元进行小型化设计，保证OLP功能可以在光电模块的层面实现。

本系统中，实现光路自动切换的光电模块集成2组发光和收光组合；

2组发光和收光组合通过监控单元有效地切换，实现主路和备路的切换；

电信号切换单元配合发光和收光组合进行切换，保证电信号的连续性。

实施本发明的一种实现光路自动切换的光电收发模块、系统及方法，具有以下有益的技术效果：

区别于现有技术中只有一个光口，为了防止出现故障时掉线，需要加上旁路光开关保护的不足，本技术方案具有两个光口，对光电通信网络进行光缆物理链路自动监测，当主路出现故障时，自动切换至旁路，确保光网络的持续通信，对光纤系统的安全可靠，故障快速恢复起到保障作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实现光路自动切换的光电收发模块，包括：外壳以及设置于所述的外壳内的光电收发模块本体，其特征在于，所述的外壳的一侧设置通向不同光电通路的两个光口，所述的光电收发模块本体包括对应于第一光电通路的第一光电结构及对应于第二光电通路的第二光电结构，所述的第一光电结构及第二光电结构均包括依次连接的电接口单元、切换单元、数据链路通信单元、监测控制单元及光口单元，所述的数据链路通信单元用于实现光信号与电信号相互转换，所述的监测控制单元用于处理所述的电信号，所述的切换单元用于当任一光电通路出现故障时，实现第一光电结构及第二光电结构之间的切换。

2.根据权利要求1所述的实现光路自动切换的光电收发模块，其特征在于，所述的第一光电结构及第二光电结构平行设置、结构相同。

3.根据权利要求1所述的实现光路自动切换的光电收发模块，其特征在于，所述的光电收发模块通电状态下，只有一条光电通路处于工作状态，另一光电通路处于备用状态。

4.根据权利要求1所述的实现光路自动切换的光电收发模块，其特征在于，所述切换单元包括微处理器芯片、采样电路、滤波放大电路、信号转换电路、比较电路，其中，所述的采样电路、滤波放大电路、信号转换电路、比较电路均与所述的微处理器芯片相连，

其中，采样电路用于对数据链路的电信号进行采样；

滤波放大电路用于所述的电信号进行滤波放大；

信号转换电路用于对所述的电信号转换成数字信号；

比较电路用于对将数字信号与预设的临界值进行比较，若低于临界值，向所述的微处理器芯片发送故障信号；

微处理器芯片用于当收到所述的故障信号时，断开故障信号所在的光电通路，并切换至另一光电通路。

5.根据权利要求1所述的实现光路自动切换的光电收发模块，其特征在于，所述的数据链路通信单元包括：光电接收及发送探测器、跨阻放大器、反馈电路以及波分复用器，其中，所述的光电接收及发送探测器完成光信号与电信号的互换；所述的跨阻放大器用于对所述的电信号进行放大整形；所述的反馈电路用于对所述的光信号进行反馈，形成反馈信号输入到所述的采样电路以校正采样电路的采样值；所述的波分复用器用于将接收到的总光进行分波。

6.根据权利要求1所述的实现光路自动切换的光电收发模块，其特征在于，所述的监测控制单元包括外部I2C单元和内部I2C单元，所述的外部I2C单元实现所述的光电转换模块与外界设备的通信功能，所述的内部I2C单元实现内部数据链路单元多个监控量的实时监控。

7.根据权利要求1所述的实现光路自动切换的光电收发模块，其特征在于，所述的外壳包括包括底座装置、顶盖装置、解锁装置，所述的顶盖装置用于盖合所述的底座装置，所述的解锁装置通过螺丝活动固定所述的底座装置及顶盖装置。

8.一种实现光路自动切换的系统，包括至少两个对应设置的光电收发模块，连接于两个光电收发模块的光口单元之间的光纤，其特征在于，所述的光电收发模块为权利要求1～7任一权利要求所述的光电收发模块。

9.一种实现光路自动切换的方法，用于权利要求8所述的系统中，其特征在于，所述的方法包括：

S1，设置一光电通路为主路进行通电，另一光电通路为备路进行待机；

S2，检测所述主路中的光信息，进行A/D转换成光数字量；

S3，判断光数字量是否低于预设的光数值，若是，进入步骤S4，若否，返回步骤S2；

S4，切换所述的主路至备路，启动备路进行光电通讯。