专利名称：一种数字化调节的多业务光接收模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速光纤通信领域的光传输模块，更具体地，涉及一种多业务光接收模块。
背景技术：
高速光纤通信中的光接收模块的主要作用是将接收到的调制光信号转换成高速电信号，实现高速电信号的再生和整形，并提取线路时钟。由于传输光纤的色散容限及光传输系统中的非线性效应等因素的影响，目前的光传输系统还无法实现全光网络，电/光、光/电转换在光传输系统中仍然起着非常重要的作用，光接收模块就是实现光/电转换的功能，是目前光传输系统不可或缺的关键部件之一。
传统的多业务光接收模块内部结构如图1所示，主要由A、B、C、D、E、F、G、I几个部分构成，图中还包含若干固定电阻和几个机械式可调电位器。其中A为光电探测器供电电路，如果使用PIN(Positive IntrinsicNegative photodiode，光电二极管)光电探测器，则为固定电压供给电路，如果采用APD(Avalanche photodiode，雪崩光电二极管)光电探测器，则为输出电压可调节的高压供给电路。B为精密运算放大器，C为光接收模块的平均接收光功率电压指示部分，为了得到合适的接收光功率监测电压值，通常需要调整精密运算放大器的电压放大倍数。D为光电探测器，是实现光电转换的关键器件，可以为PIN或APD光电探测器。E是高速宽带放大电路，将经光电转换后的微弱电信号进行放大。F是数据和时钟恢复电路，从高速数据流中恢复传输的数据信号并提取高速同步时钟，其中包含接收判决电平调整电路。G是与单板接口电路，来自单板的控制信号输入给多业务光接收模块，确定它能够接收正确的信号。I是高速数据和时钟输出接口电路。
多业务光接收模块的其它电路如LOS告警阈值调整电路、APD器件温度补偿电路、光接收模块其它电源供给电路等与本发明无关，在此不再描述。
传统的多业务光接收模块电路参数调整均通过机械式电位器来实现。多业务光接收模块可调节的参数很多，仅举例说明几个关键的参数。图1中可调电位器R1主要用来调整光接收器件的反向偏置电压，使得APD器件工作在最佳反向偏置电压状态，得到最佳的倍增因子；可调电位器R2主要用来调整接收端判决电平，保证接收端的信号在一定光信噪比的条件下恢复出来的数据信号的误码率最低；可调电位器R3主要用来调节运算放大器B的增益，调整接收平均光功率对应的电压值大小，保证该电压值在光接收模块动态范围内随输入平均光功率大小呈线性变化。RS是输入光电流感应电阻，将APD接收器件转化的光电流转换成电压信号并经后续的放大电路进行放大，得到线性正比输入平均光功率变化的电压信号，用来监测输入平均光功率大小。
传统的光接收模块的主要特征是采用调节机械式电位器的方法来实现光模块中有关重要参数调整，在早期的光传输系统中起到非常重要的作用，但是在数字化技术已经非常成熟的今天，仍然采用这种方法调整的光模块存在诸多弊病，包括(1)不利于光模块的大规模生产。这种光模块在生产调试过程中需要占用大量的人力资源，而且对光模块中每个关键参数都需要用螺丝刀逐个模拟调节固定电位器，从而获得最佳的参数值，这种手工调节方式无疑增加了生产成本。
(2)机械式电位器的不稳定性影响。机械式电位器的滑动端连接在一个电阻元件上，当它沿着元件的长度移动时，阻值会发生变化，为了确保其可靠工作，在产品有效期内，滑动端必须保持与电阻元件的良好接触。但是由于光模块在使用过程中常常由于运输、振动或工作环境温度变化等原因，往往造成已经调节好的机械式电位器的阻值发生了变化甚至会失效，导致光模块中有关性能参数偏离最佳点甚至无法正常工作。
(3)光模块维护比较困难，对产品售后维护人员的专业水平及技术熟练程度要求较高。产品在使用过程中，由于某些外在原因造成光模块的参数偏离最佳状态需要调节，维护人员必须清楚地知道光模块电路板上每个机械式电位器所对应的相应光模块的参数，否则极容易出错，特别对使用机械式电位器多的电路板，更是难以确定，造成维护人员无从下手的局面，无疑增加了维护成本。
(4)难以做到不中断业务的在线调节。采用固定电位器的光接收模块在光传输系统开通业务的条件下，需要调节相关参数相当困难，往往需要承担很大的技术和经济风险，特别是调试过程很可能会导致实时业务中断，给电信运营商带来较大的经济损失。
(5)采用机械式电位器调节的光模块无法知道所调节的电位器触点的具体位置，即这种光模块的参数调整不具备记忆功能，光模块需要维修或一些关键参数需要作微调整时，要求调试人员所做的工作与调节一只新模块的参数所需要承担的工作量几乎没有什么不同，因而效率极其低下。
综上所述，传统的多业务光接收模块采用调节机械式电位器的方法来调节光模块的重要参数存在很多问题，在数字化技术席卷全球的浪潮下，这种采用调节机械式电位器的模拟调节技术必将被数字调节技术取代。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种数字化调节的多业务光接收模块，使得对电位器的调节方便和提高其长期工作的稳定性与可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种数字化调节的多业务光接收模块，包括光电探测器供电电路、运算放大器、电压指示器、数据和时钟恢复电路，其特征在于，还包括数字电位模块和与所述数字电位模块相连的调节控制器，该调节控制器至少包括一用户操作接口、一逻辑运算单元、一存储器和一连接到所述数字电位模块的接口，可设定所述数字电位模块中的阻值，所述数字电位模块包括以下数字电位单元中的一种或任意组合与所述光电探测器供电电路连接的数字电位单元，用于调节光接收模块的反向偏置电压；与所述数据和时钟恢复电路相连的数字电位单元，用于调节接收端的判决电平；
与所述运算放大器相连的数字电位单元，用于调节该运算放大器的增益。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述数字电位模块中还包括非易失性存储器，用于保存数字电位模块中的数字电位单元的阻值。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述数字电位模块为数字控制电位器，所述数字控制单元为该控制电位器中的数字电位器。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述调节控制器中还包括一个A/D转换器，用于采集所述电压指示器输出的线性反映接收平均光功率的电压值，并将其转化为数字信号，所述调节控制器的逻辑运算单元根据该数字信号得到接收平均光功率监测值后存储或上报，或者直接存储或上报所述数字信号。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述调节控制器中还包括I/O口，用于采集反映接收信号大小的数字告警信号。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述调节控制器的用户操作接口是与单板间的接口电路，用于接收单板下发的指令，至少包括查询和参数配置的指令，调节控制器执行命令后，再通过该接口电路向单板上报执行结果。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点还包括一个分别与所述调节控制器、数据和时钟恢复电路相连的锁存器，用于将接收的所述调节控制器下发的速率配置值锁存，并通过电平转换后输出到数据与时钟恢复电路。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述调节控制器是用一单片机最小系统实现的。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述调节控制器的逻辑运算单元在接收到单板下发的速率配置的命令后，检查配置的速率与光接收模块当前速率是否一致，如果不一致则执行该命令，将该速率配置值输出到所述锁存器，如果一致则放弃该命令的执行。
进一步地，上述多业务光接收模块还可具有以下特点所述存储器存储有以下数据中的一种或任意组合光接收模块类型、光接收器件类型、平均接收光功率模拟曲线的系数、可以接收的多业务类型、光模块生产日期，以及厂家信息。
本发明所述的数字化光接收模块由于采用数字控制电位器代替传统的机械式调整电位器带来很多益处。首先是数字电位器调节方便、使用寿命长、基本不受使用环境的影响，性能比较稳定，有利于提高光接收模块长期工作的稳定性与可靠性。
进一步地，由于采用数字化调节的方法，大大提高了光模块的生产效率，生产调试工人不必再去用螺丝刀调节每个机械式电位器，而是通过计算机的读写数据的操作即可完成调试，对工人的专业技术水平要求大大降低，只要操作对象正确即可。
进一步地，采用数字化调整的多业务光接收模块，可以保存电位器调节以后的信息，如果需要作微调节，只要读出原来的数值，并在其基础上微调写入新的数值即可，简单、方便。
进一步地，光模块内部集成单片机系统，光模块的智能化水平大大提高，不仅实现了光模块在线业务调节能力，还可以通过接收端阈值的自动调整来提高光接收模块的自适应接收能力。
进一步地，数字化调节的多业务光接收模块中的EEPROM记录了光模块的重要数据、生产日期等重要信息，便于光模块的大规模生产及管理。
图1是传统的多业务光接收模块结构图；图2是本发明实施例数字化调节的多业务光接收模块的结构图；图3是一种数字控制电位器的内部结构图；图4是本发明多业务光接收模块中调节控制器运行的工作流程5是本发明数字化调节的多业务光接收模块一个应用实例的结构图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步描述。
图2为本实施例数字化调节的多业务光接收模块的结构图。在传统的光接收模块高速电路的基础上增加了若干数控电路，包括调节控制器H、数字控制电位器J和锁存器K。
本实施例采用数字控制电位器J来代替传统的机械式电位器，数字控制电位器J与光电探测器供电电路A、运算放大器B和数据与时钟恢复电路F分别相连。调节控制器H与数字控制电位器J、电压指示器C相连，并通过锁存器K与数据与时钟恢复电路F相连接。
本实施例的数字控制电位器J中包括以下3种数字电位器A，与所述光电探测器供电电路连接的数字电位器，用于调节光接收模块的反向偏置电压；B，与所述数据和时钟恢复电路相连的数字电位器，用于调节接收端的判决电平；C，与所述运算放大器相连的数字电位器，用于调节该运算放大器的增益。
目前，业界已经有许多供应商可提供不同型号与种类的数字控制电位器。图3示出了数字控制电位器J的一个实例。图中只示出了两个256级可调的电位器A和B，两个可调电位器均带有中间抽头。Maxim-IC、Xicor等公司均可以提供类似这样的数字控制电位器产品。该数字控制电位器J中还设有非易失性存储器，可以保证在光接收模块内部单片机复位或光接收模块由于某种原因失去供电电源后原来写入的数据不丢失，从而使多业务光接收模块在恢复正常工作条件后不会改变电位器的阻值大小，保证已经调节好的光接收模块关键参数不会改变。
锁存器K用于接收调节控制器H输出的速率配置值，与数据与时钟接收电路F之间的接口电路实现电平转换，从而控制数据与时钟接收电路F的速率配置，确定多业务光接收模块的工作状态，确保多业务光接收模块能够正确接收传输信号。
本实施例中，调节控制器H是用单片机最小系统来实现的，至少包括一个逻辑运算单元、A/D转换器、D/A转换器、存储器(EEPROM)、连接到单板的I2C接口，连接到数字控制电位器的串行接口和接收光接收模块数字量信号输入的I/O接口。
A/D转换器用于采集从电压指示器C输出的线性反映接收平均光功率的电压值(模拟量)，并将其转化成数字信号。
存储单元用于保存光接收模块的重要数据，如工作时A/D转换器输出的数字信号、速率配置值、告警信号；还存储有光接收模块类型、光接收器件类型、平均接收光功率模拟曲线的系数、可以接收的多业务类型、光模块生产日期、生产厂家等重要数据信息，可供网管查询。
串行接口用于与数字控制电位器J的通讯。
I2C接口用于光接收模块所在单板的单片机与光接收模块内部的单片机H通讯，实现光接收模块的在线调节或速率配置。
I/O接口用于采集反映接收信号大小的告警信号(数字量)，如信号丢失(LOS)告警信号、锁相环失锁(LOL)告警信号等。
D/A转换单元可以在一定程度上替代数字电位器的功能。如有需求，也可以进行一些模拟量的实时控制。
逻辑运算单元是调节控制器的核心，在本实施例中，至少具有以下控制功能(1)根据数字控制电位器J内部电位器的地址选择电位器，通过串行接口发出读、写命令，改变数字控制电位器J内部各电位器电阻值的大小，使得电路中的电压发生变化来实现光接收模块中有关参数的调节。
(2)用于在接收到单板下发的速率配置命令后，判断当前速率是否与配置的速率相同，不相同时，向锁存器K下发速率配置命令。
整个速率配置的流程包括以下步骤步骤一，光接收模块接收到单板下发的速率配置的命令；步骤二，光接收模块检查当前速率；步骤三，判断光接收模块当前速率是否与设置的速率相同，如果不同执行步骤五，否则执行下一步；步骤四，丢弃设置命令，结束。
步骤五，锁存器接收到从单片机输出的信号后锁存并通过电平转换后输出到数据与时钟恢复电路，进行接收速率的设置，并将配置值写入FLASH，结束。
(3)当单板下发查询命令时，上报其要查询的光接收模块的相应参数。
(4)对A/D转换单元输出的数字信号进行数据处理，得到较为精确的接收平均光功率监测值，并将其存储在存储单元中或上报单板。
本实施例的多业务光接收模块中的调节控制器运行的工作流程包括以下步骤(请参照图4)步骤101，光接收模块上电运行以后进行初始化(系统、喂狗)；步骤102，进行速率设置；步骤103，判断是否有I2C中断命令，如果有执行步骤106，否则继续执行；步骤104，光接收模块内部性能量的采集、处理；步骤105，处理定时事件(如，保证程序正常运行的喂狗处理，LOL告警处理等功能)，返回步骤103；步骤106，处理I2C报文；步骤107，事件处理，返回步骤103。
图5为数字化调节的多业务光接收模块一个应用实例的结构图。增加的数控电路包括单片机最小系统、非易失性的数字控制电位器和锁存器。
数字控制电位器分别与DC/DC升压电路、运算放大器和时钟与数据恢复电路相连，带EEPROM的单片机通过串行接口与数字控制电位器通讯，并与运算放大器相连。这是一种内外总线分开的结构，单片机根据数字电位器的地址选择需要调节的电位器，将写保护打开，写入范围在0～255中的数值，可以改变数字电位器阻值的大小，使得电路中的电压发生变化来实现光接收模块中有关参数的调节。另一方面单片机下发指令给锁存器，通过锁存器与数据与时钟恢复电路的电平接口电路来配置多业务光接收模块的接收速率。另外单片机通过I2C总线与光接收模块所在的单板通讯，实现光接收模块重要数据的上报和单板控制命令的下发功能。图中C是高频信号的耦合电容。
实例中，单片机既要与单板上的MCU通讯，又要与模块内部数字电位器。均采用I2C接口。为了防止I2C通讯时存在总线冲突，采取与外部单板通讯和内部数字电位器通讯分离的办法。与单板I2C通讯为外部I2C通讯，同理与数字电位器通讯为内部I2C通讯。由于实例所选用单片机只有一条I2C总线，因此内部I2C采用两条I/O口模拟I2C，即为实施例的串行接口。
本发明所述的技术方案已经在我们自主研发的多业务光接收模块中实施，取得非常明显的效果。采用本方案的光接收模块调试简单、方便，大大缩短了调试流程，提高了光接收模块的生产效率。
本发明在上述实施例的基础上还可以做各种变换。
例如数字电位器仅与光电探测器供电电路、运算放大器和数据与时钟恢复电路任意之一相连或者任意两个相连。或者在装置中不设置锁存器和/或不对线性反映接收平均光功率的电压值进行采集，仅用数字控制电位器和调节控制器来实现多业务光接收模块的数字化调节，也具有基本的技术效果。
又如，在其它实施例中，可以用带有非易失功能的D/A芯片实现对电位的数字调节，即采用数字控制电位器只是实现数字方式调节代替手动方式调节的一种方式。在某些实施例中，数字电位调节还可以用单片机中自带的D/A来实现。从功能上，文中将这些具有数字电位器相同的功能的芯片或模块统称为数字电位单元，将一个光接收模块上包括的这些数字电位单元组成的装置称为数字电位模块。具体在光接收模块上采用何种方式还要从成本、物理空间的限制、所要求的功能等多种因素综合考虑。
权利要求
1.一种数字化调节的多业务光接收模块，包括光电探测器供电电路、运算放大器、电压指示器、数据和时钟恢复电路，其特征在于，还包括数字电位模块和与所述数字电位模块相连的调节控制器，该调节控制器至少包括一用户操作接口、一逻辑运算单元、一存储器和一连接到所述数字电位模块的接口，可设定所述数字电位模块中的阻值，所述数字电位模块包括以下数字电位单元中的一种或任意组合与所述光电探测器供电电路连接的数字电位单元，用于调节光接收模块的反向偏置电压；与所述数据和时钟恢复电路相连的数字电位单元，用于调节接收端的判决电平；与所述运算放大器相连的数字电位单元，用于调节该运算放大器的增益。
2.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述数字电位模块中还包括非易失性存储器，用于保存数字电位模块中的数字电位单元的阻值。
3.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述数字电位模块为数字控制电位器，所述数字控制单元为该控制电位器中的数字电位器。
4.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述调节控制器中还包括一个A/D转换器，用于采集所述电压指示器输出的线性反映接收平均光功率的电压值，并将其转化为数字信号，所述调节控制器的逻辑运算单元根据该数字信号得到接收平均光功率监测值后存储或上报，或者直接存储或上报所述数字信号。
5.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述调节控制器中还包括I/O口，用于采集反映接收信号大小的数字告警信号。
6.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述调节控制器的用户操作接口是与单板间的接口电路，用于接收单板下发的指令，至少包括查询和参数配置的指令，调节控制器执行命令后，再通过该接口电路向单板上报执行结果。
7.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，还包括一个分别与所述调节控制器、数据和时钟恢复电路相连的锁存器，用于将接收的所述调节控制器下发的速率配置值锁存，并通过电平转换后输出到数据与时钟恢复电路。
8.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述调节控制器是用一单片机最小系统实现的。
9.如权利要求7所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述调节控制器的逻辑运算单元在接收到单板下发的速率配置的命令后，检查配置的速率与光接收模块当前速率是否一致，如果不一致则执行该命令，将该速率配置值输出到所述锁存器，如果一致则放弃该命令的执行。
10.如权利要求1所述的多业务光接收模块，其特征在于，所述存储器用于保存工作时A/D转换器输出的数字信号、速率配置值、告警信号；还存储有以下数据中的一种或任意组合光接收模块类型、光接收器件类型、平均接收光功率模拟曲线的系数、可以接收的多业务类型、光模块生产日期，以及厂家信息。
全文摘要
本发明涉及一种数字化调节的多业务光接收模块，包括光电探测器供电电路、运算放大器、电压指示器、数据和时钟恢复电路，其特征在于，还包括一个数字控制电位器和与该数字控制电位器相连的一个调节控制器，该调节控制器至少包括一用户操作接口、一逻辑运算单元、一存储器和一连接到该数字控制电位器的接口，该数字控制电位器中包括以下数字电位器中的一种或任意组合与光电探测器供电电路连接的数字电位器、与数据和时钟恢复电路相连的数字电位器、与运算放大器相连的数字电位器。采用本发明所述光接收模块调试简单、方便，调试流程短，生产效率高，长期工作的稳定性与可靠性高。
文档编号H04B10/66GK1988423SQ200510135030
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月23日 优先权日2005年12月23日
发明者张立昆, 邓烈, 葛超 申请人:中兴通讯股份有限公司