一種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊的制作方法
【專利摘要】本申請公開一種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其包括激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元、電源單元、上位機(jī)電接口電路、光發(fā)送接口組件與光接收接口組件，該小型可插拔光模塊還包括電涌保護(hù)單元、微控制器、功率信號(hào)采集單元、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、接收信號(hào)電平增益控制單元；電涌保護(hù)單元分別與上位機(jī)電接口電路、電源單元、微控制器、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、放大器單元連接，微控制器分別與功率信號(hào)采集單元、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、接收信號(hào)電平增益控制單元連接，功率信號(hào)采集單元分別與激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元連接，激光器驅(qū)動(dòng)單元與光發(fā)送接口組件連接，接收信號(hào)電平增益控制單元分別與放大器單元、光接收接口組件連接。
【專利說明】一種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光纖通信的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]首先給出本文中部分技術(shù)術(shù)語的英文簡稱、全稱及中文意思:
[0003]ADC (Analog to Digital Converter)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換
[0004]APD (Avalanche Photo D1de)雪崩光電二極管
[0005]DAC (Digital to Analog Converter)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換
[0006]EML (Electroabsorpt1n-Modulated-Laser)電吸收調(diào)制激光器
[0007]SFP(Small From-Factor Pluggable)小型可插拔光模塊
[0008]SFP+ (Small From-Factor Pluggable Plus)增強(qiáng)型小型可插拔光模塊
[0009]PID (proport1n、integrat1n、differentiat1n)比例、積分、微分控制策略
[0010]光模塊是用于光電轉(zhuǎn)換的一種光學(xué)器件，SFP是光模塊的一種封裝形式，按照傳輸速率可分為155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G等制式。SFP協(xié)議規(guī)范主要是IEEE802.3和SFF-8472。SFP+光模塊是在SFP光模塊的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，能夠適應(yīng)更高的數(shù)據(jù)速率。
[0011]隨著超高壓、特高壓輸電以及智能電網(wǎng)的發(fā)展，電力設(shè)備中越來越多使用光纖通信技術(shù)，例如網(wǎng)調(diào)、省調(diào)高壓(330-500kV)電網(wǎng)中的光纖通信、330-500kV超高壓電網(wǎng)中光纖復(fù)合架空地線-OPGff (Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire)、110_220kV
高壓電網(wǎng)中光通信用的全介質(zhì)自承式ADSS(A11 Dielectric Self-Supporting)光纜等，因此需要配套大量光發(fā)送-接收端口，光模塊的需求也日益增長。
[0012]電力系統(tǒng)設(shè)備通信使用的光模塊存在一些特殊要求。其一，電力設(shè)備需要長期不斷電運(yùn)行，如果功耗大，散熱差，將導(dǎo)致光模塊內(nèi)部溫度較高，模塊性能下降，光器件壽命減少，嚴(yán)重情況下將使光模塊的關(guān)鍵器件由于溫度過高而損壞；其二，由于雷擊、操作過電壓，以及高、低壓設(shè)備相互間的大量電磁耦合干擾，電力設(shè)備較之傳統(tǒng)通信設(shè)備存在更高的浪涌風(fēng)險(xiǎn)，這極易導(dǎo)致光模塊的關(guān)鍵器件由于浪涌過大而損壞。
[0013]目前有關(guān)SFP或SFP+光模塊的改進(jìn)方案已知有解決低功耗的專利。例如文件CN102298401 (ZL201110133778.6)，該方案采用在光模塊電路中增加熱電制冷器、APD高壓控制單元和溫度采集電路、DAC轉(zhuǎn)換器的方法，對光發(fā)送與接收接口組件進(jìn)行工作溫度控制。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能對接收-發(fā)送電路實(shí)現(xiàn)全溫控制，在SFP+高速模塊中效果突出，但該方案主要是面向低溫控制，不能解決功耗問題，也不能解決浪涌沖擊問題，不能完全適合電力設(shè)備通信所需。再比如文件CN101726810，該方案采用半制冷方式，將激光器組件劃分多個(gè)溫度區(qū)間，由微控制器針對每個(gè)溫度區(qū)間，利用軟件PID控制環(huán)實(shí)現(xiàn)調(diào)溫，雖然溫控也對延長光模塊使用壽命有益，但該方案仍然對光模塊功耗問題考慮不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供了一種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其能夠有效抑制光模塊電接口輸入浪涌、降低光模塊功耗。
[0015]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:這種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其包括激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元、電源單元、上位機(jī)電接口電路、光發(fā)送接口組件與光接收接口組件，該小型可插拔光模塊還包括電涌保護(hù)單元、微控制器、功率信號(hào)采集單元、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、接收信號(hào)電平增益控制單元；電涌保護(hù)單元分別與上位機(jī)電接口電路、電源單元、微控制器、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、放大器單元連接，微控制器分別與功率信號(hào)采集單元、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、接收信號(hào)電平增益控制單元連接，功率信號(hào)采集單元分別與激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元連接，激光器驅(qū)動(dòng)單元與光發(fā)送接口組件連接，接收信號(hào)電平增益控制單元分別與放大器單元、光接收接口組件連接。
[0016]由于增加了電涌保護(hù)單元并且微控制器與電涌保護(hù)單元有信號(hào)連接，所以能夠防止電涌信號(hào)對微控制器端口的破壞；由于本實(shí)用新型的電路方案不采用單片收發(fā)一體的激光器驅(qū)動(dòng)及放大器集成芯片，所以能獨(dú)立有效的對光模塊發(fā)送和接收電路的功耗進(jìn)行控制，從而降低光模塊功耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的尖峰電壓電流吸收電路的電路圖。
[0019]圖3為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊的光發(fā)送過程功率控制示意圖。
[0020]圖4為根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊的光接收過程功率控制示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，這種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其包括激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元、電源單元、上位機(jī)電接口電路(圖1中的上位機(jī)電接口)、光發(fā)送接口組件與光接收接口組件，該小型可插拔光模塊還包括電涌保護(hù)單元、微控制器、功率信號(hào)采集單元(圖1中的功率信號(hào)采集)、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元(圖1中的發(fā)送信號(hào)電平增益控制)、接收信號(hào)電平增益控制單元(圖1中的接收信號(hào)電平增益控制)；電涌保護(hù)單元分別與上位機(jī)電接口電路、電源單元、微控制器、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、放大器單元連接，微控制器分別與功率信號(hào)采集單元、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、接收信號(hào)電平增益控制單元連接，功率信號(hào)采集單元分別與激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元連接，激光器驅(qū)動(dòng)單元與光發(fā)送接口組件連接，接收信號(hào)電平增益控制單元分別與放大器單元、光接收接口組件連接。
[0022]由于增加了電涌保護(hù)單元并且微控制器與電涌保護(hù)單元有信號(hào)連接，所以能夠防止電涌信號(hào)對微控制器端口的破壞；由于本實(shí)用新型的電路方案不采用單片收發(fā)一體的激光器驅(qū)動(dòng)及放大器集成芯片，所以能獨(dú)立有效的對光模塊發(fā)送和接收電路的功耗進(jìn)行控制，從而降低光模塊功耗。。
[0023]優(yōu)選地，如圖2所示，電涌保護(hù)單元包括多個(gè)尖峰電壓電流吸收電路，每個(gè)尖峰電壓電流吸收電路包括電阻、電容、電感、二極管，電阻、電容、電感并聯(lián)后通過反向連接的二極管輸出，輸出端與二極管的負(fù)極電連接。也可以采用其他具有吸收尖峰電壓和電流的電路形式。在本實(shí)用新型中，上位機(jī)電接口電路為20腳金手指連接器時(shí)，電涌保護(hù)單元可以采用多組電涌吸收電路構(gòu)成，以保護(hù)20腳金手指電接口的各個(gè)引腳接口。吸收電路組數(shù)可改變，但不脫離圖2所示的電容、電阻、電感和二極管構(gòu)成的基本形式。
[0024]優(yōu)選地，電源單元包括濾波電路，以便減少電源上的干擾和噪聲，并產(chǎn)生光發(fā)送接口組件中激光器工作所需的負(fù)壓。
[0025]優(yōu)選地，微控制器通過D/A電路連接到接收信號(hào)電平增益控制單元，功率信號(hào)采集單元通過A/D電路連接到微控制器，微控制器單元通過I2C接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，微處理器按照PID策略進(jìn)行邏輯判斷處理，通過I2C接口協(xié)議將指令發(fā)送到發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元。PID策略具體參數(shù)可由使用者自行決定。
[0026]優(yōu)選地，激光器驅(qū)動(dòng)單元是EML激光驅(qū)動(dòng)器，光接收接口組件是EML激光器。
[0027]優(yōu)選地，放大器單元包括串聯(lián)的前置放大器單元、限幅放大器單元。
[0028]優(yōu)選地，激光驅(qū)動(dòng)器單元、放大器單元采用激光器驅(qū)動(dòng)及限幅放大一體化集成芯片。
[0029]優(yōu)選地，上位機(jī)電接口電路為20腳金手指連接器。
[0030]優(yōu)選地，光發(fā)送過程中，激光驅(qū)動(dòng)單元的輸入電壓調(diào)整范圍為基準(zhǔn)值的80%?110%，光接收過程中，前置放大器的輸入電壓調(diào)整范圍為基準(zhǔn)值的85%?100%。基準(zhǔn)值是已知的。
[0031]如圖3所示，對于光發(fā)送過程功率控制，功率信號(hào)采集單元從激光器驅(qū)動(dòng)單元的峰值電流調(diào)節(jié)接口獲得電流信號(hào)，從激光器驅(qū)動(dòng)單元的電平接口獲得電壓信號(hào)，經(jīng)數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換后進(jìn)行計(jì)算，得到激光器驅(qū)動(dòng)單元的功率水平。再經(jīng)模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換后發(fā)送到微處理器中，微處理器按照PID策略進(jìn)行邏輯判斷處理，通過I2C接口協(xié)議將指令發(fā)送到發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元。發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元降低或者提高激光器驅(qū)動(dòng)單元的供電輸入電壓，由此實(shí)現(xiàn)光發(fā)送過程的功率控制。PID策略具體參數(shù)可由使用者自行決定。根據(jù)目前芯片技術(shù)水平和SFP協(xié)議規(guī)范，輸入電壓調(diào)整范圍大致在80%?110%之間。
[0032]如圖4所示，對于光接收過程功率控制，功率信號(hào)采集單元從前置放大器的輸出端口獲取電壓信號(hào)，從限幅放大器內(nèi)部的數(shù)字一模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中獲得電流信號(hào)，計(jì)算得到放大器單元的功率水平。與發(fā)送過程類似，再經(jīng)模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換后發(fā)送到微處理器中，微處理器按照PID策略進(jìn)行邏輯判斷處理，通過I2C接口協(xié)議將指令發(fā)送到接收信號(hào)電平增益控制單元。接收信號(hào)電平增益控制單元調(diào)節(jié)前置放大器單元中功率補(bǔ)償電路的電壓水平，由此實(shí)現(xiàn)光接收過程的功率控制。根據(jù)目前芯片技術(shù)水平和SFP協(xié)議規(guī)范，前置放大器單元的電壓調(diào)整范圍大致在85%?100%之間。
[0033]通過本實(shí)用新型的上述技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)SFP光模塊能夠抵抗最高6500V的電接口浪涌電壓，在1.25G制式及以下傳輸速率下長期運(yùn)行，平均功率消耗降低10 %?20 %。光模塊的使用壽命也可顯著延長。
[0034]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其包括激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元、電源單元、上位機(jī)電接口電路、光發(fā)送接口組件與光接收接口組件，其特征在于:該小型可插拔光模塊還包括電涌保護(hù)單元、微控制器、功率信號(hào)采集單元、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、接收信號(hào)電平增益控制單元；電涌保護(hù)單元分別與上位機(jī)電接口電路、電源單元、微控制器、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、放大器單元連接，微控制器分別與功率信號(hào)采集單元、發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元、接收信號(hào)電平增益控制單元連接，功率信號(hào)采集單元分別與激光器驅(qū)動(dòng)單元、放大器單元連接，激光器驅(qū)動(dòng)單元與光發(fā)送接口組件連接，接收信號(hào)電平增益控制單元分別與放大器單元、光接收接口組件連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:電涌保護(hù)單元包括多個(gè)尖峰電壓電流吸收電路，每個(gè)尖峰電壓電流吸收電路包括電阻、電容、電感、二極管，電阻、電容、電感并聯(lián)后通過反向連接的二極管輸出，輸出端與二極管的負(fù)極電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:電源單元包括濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:微控制器通過D/A電路連接到接收信號(hào)電平增益控制單元，功率信號(hào)采集單元通過A/D電路連接到微控制器，微控制器單元通過I2C接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，微處理器按照PID策略進(jìn)行邏輯判斷處理，通過I2C接口協(xié)議將指令發(fā)送到發(fā)送信號(hào)電平增益控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:激光器驅(qū)動(dòng)單元是EML激光驅(qū)動(dòng)器，光接收接口組件是EML激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:放大器單元包括串聯(lián)的前置放大器單元、限幅放大器單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:激光驅(qū)動(dòng)器單元、放大器單元采用激光器驅(qū)動(dòng)及限幅放大一體化集成芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:上位機(jī)電接口電路為20腳金手指連接器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電力設(shè)備通信的小型可插拔光模塊，其特征在于:光發(fā)送過程中，激光驅(qū)動(dòng)單元的輸入電壓調(diào)整范圍為基準(zhǔn)值的80%?110%，光接收過程中，前置放大器的輸入電壓調(diào)整范圍為基準(zhǔn)值的85%?100%。
【文檔編號(hào)】H04B10/80GK203984431SQ201420331210
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】李黎, 陳亞波, 劉光海, 密紅, 易本順, 杜紅桃, 高愛琴, 吳漢莉, 李秀峰 申請人:武漢鑫森華科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司