应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统

摘要

本发明公开一种应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统，用于控制激光驱动器和光电二极管放大器，包括激光器驱动芯片、接收器芯片和外挂存储器；所述激光器驱动芯片包括第一模数转换电路、DDM模块、第一存储器、第一控制器、第一DAC温度查找模块、第一IIC接口和第二IIC接口；所述接收器芯片包括第二模数转换电路、第二存储器、第二控制器、第二DAC温度查找模块和第三IIC接口。本发明通过激光器驱动芯片内部的第一控制器与外挂存储器配合实现替换现有技术中的MCU，并执行处理DDM和温度查找功能、配置激光器驱动芯片和接收器芯片以及与上位机的串行通讯等功能，改变了现有光线收发器的数据流通讯方式，达到降低成本的目的。

权利要求

1.一种应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统，用于控制激光驱动器和光电二极管放大器，其特征在于：

包括激光器驱动芯片、接收器芯片和外挂存储器；

所述激光器驱动芯片包括第一模数转换电路、DDM模块、第一存储器、第一控制器、第一DAC温度查找模块、第一IIC接口和第二IIC接口；所述第一模数转换电路用于接收来自激光驱动器的模拟信号并转换为第一数字值；所述DDM模块将第一数字值转换为标称值并与激光驱动器的模拟信号的上下限阈值进行比较，根据比较结果产生标记值；所述第一存储器用于存储第一数字值、第二数字值、标称值、标记值，以及激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息、光纤收发器的温度查找表，其中温度查找表内置有温度值及其对应的电流值、补偿值；所述第一控制器根据所述第一存储器中激光器驱动芯片的配置信息产生控制信号以控制所述激光驱动器的工作；所述第一DAC温度查找模块根据来自光纤收发器的温度传感器的温度值在所述第一存储器的温度查找表索引对应的电流值、补偿值并通过逻辑运算传递给所述激光器驱动芯片的DAC模块；所述第一IIC接口为slave接口，所述激光器驱动芯片通过所述第一IIC接口连接上位机：所述第二IIC接口为master接口，所述激光器驱动芯片通过所述第二IIC接口连接所述接收器芯片和外挂存储器；

所述接收器芯片包括第二模数转换电路、第二存储器、第二控制器、第二DAC温度查找模块和第三IIC接口；所述第二模数转换电路用于接收来自光电二极管放大器的模拟信号并转换为第二数字值；所述第二存储器用于存储第二数字值，以及接收器芯片的配置信息、光纤收发器的温度查找表；所述第二控制器根据所述第二存储器中接收器芯片的配置信息产生控制信号以控制所述光电二极管放大器的工作；所述第二DAC温度查找模块根据来自光纤收发器的温度传感器的温度值在所述第二存储器的温度查找表索引对应的电流值、补偿值并通过逻辑运算传递给所述接收器芯片的DAC模块；所述第三IIC接口为slave接口，所述接收器芯片通过所述第三IIC接口连接所述第二IIC接口：所述外挂存储器用于在预配置阶段写入并存储激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息和温度查找表；

上电时，由所述激光器驱动芯片对所述外挂存储器发起读操作，读取激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息、温度查找表并分别写入所述第一存储器、第二存储器；

正常工作时，所述第一控制器定时地对所述第二存储器发起读操作，将第二数字值写入所述第一存储器；当所述激光器驱动芯片接收到上位机的读请求后，所述第一控制器从所述第一存储器中读取第一数字值、第二数字值、标称值、标记值并上传给所述上位机；当所述激光器驱动芯片接收到上位机的写请求后，所述第一控制器一方面将上位机对激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息写入所述第一存储器，另一方面向所述外挂存储器发出写请求，将上位机对激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息写入所述外挂存储器，并将上位机对接收器芯片的配置信息写入所述第二存储器。

2.如权利要求1所述的一种应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统，其特征在于：

所述第一DAC温度查找模块、第二DAC温度查找模块在温度查找表中索引的电流数据包括偏置电流值及调制电流值，以及所述激光器驱动芯片或所述接收器芯片的电路中与温度值相关的补偿值。

说明书

应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光纤收发器技术领域，特别是指一种应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统。

背景技术

[0002] 光纤收发器最基本的电路包括激光驱动电路和接收器电路：激光驱动电路接受高速数字信号并电驱动激光二极管以产生等效的光脉冲，实现电信号转换为光信号；接收器电路从光探测器获取较小的信号并进行放大、整形和限幅输出，实现光信号转换为电信号。除了这两部分电路外，光纤收发器还需要处理、实现包括但不限于下列各项的附加功能：

[0003] （1）配置功能：对激光驱动电路和接收器电路进行参数的配置，使之能工作在最佳工作状态；

[0004] （2）控制功能：对激光驱动电路、接收器电路、ADC电路和DAC进行打开或关闭，使之能正常工作或者进入低功耗模式；

[0005] （3）信息反馈：通过信息反馈，可以让用户通过串行接口来辨别激光驱动电路和接收器电路的工作状态和其它潜在的风险；

[0006] （4）温度补偿功能：通过温度补偿功能，可以使激光驱动电路或接收器电路的一些参数（例如激光器斜效率，均衡电路等）随温度变化而设定在合适的参数，从而保证收发器工作在稳定状态；

[0007] （5）数字诊断监控功能（Digital Diagnostic Monitoring，简称DDM）：通过该技术，可以使用户监控光纤收发器的实时参数，包括工作温度、工作电压、工作电流、发射光功率和接收光功率等，也可以帮忙管理预测光纤收发器的寿命、定位系统寿命、检测模块的兼容性；

[0008] （6）存储功能：通常包含易失和非易失存储器，易失存储器主要用作跟上位机的数据交换，非易失存储器用来存储光纤收发器的配置信息和查找表信息，同时还有速率、传输距离、厂商名、序列号、生产日期等信息以及与各种标准的兼容性信息。

[0009] 目前，市面上绝大多数的光纤收发器都无法全部实现上述所列举的各项附加功能，而能够全部实现该附加功能的光纤收发器，其成本也相对较高。因为直至今日，传统光纤收发器基本上是用通用微控制器集成电路来实现，参考图1所示，现有光纤收发器采用“MCU +激光器驱动芯片+接收器芯片”的结构模式，由MCU 1通过串行接口对激光器驱动芯片2和接收器芯片3进行寄存器配置和状态读取，同时MCU 1负责激光器驱动芯片2和接收器芯片3配置信息的保存、五个模拟量（包括温度、电源电压、激光器偏置电流、发射光功率和接收光功率）的数字诊断和监控处理以及温度补偿功能。因此，现有光纤收发器存在如下弊端：价格贵；MCU 1在同一时间内无法同时执行上述任务，且通讯过程容易受到上位机影响，当上位机频繁对MCU 1进行访问时容易打断MCU 1与激光器驱动芯片2、接收器芯片3的数据交换。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统，解决现有技术中存在的问题，采用一种直接存储器映射架构和串行通信接口来完成光纤收发器的所有附加功能，并且能够降低成本。

[0011] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

[0012] 一种应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统，用于控制激光驱动器和光电二极管放大器，包括激光器驱动芯片、接收器芯片和外挂存储器；

[0013] 所述激光器驱动芯片包括第一模数转换电路、DDM模块、第一存储器、第一控制器、第一DAC温度查找模块、第一IIC接口和第二IIC接口；所述第一模数转换电路用于接收来自激光驱动器的模拟信号并转换为第一数字值；所述DDM模块将第一数字值转换为标称值并与激光驱动器的模拟信号的上下限阈值进行比较，根据比较结果产生标记值；所述第一存储器用于存储第一数字值、第二数字值、标称值、标记值，以及激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息、光纤收发器的温度查找表，其中温度查找表内置有温度值及其对应的电流值、补偿值；所述第一控制器根据所述第一存储器中激光器驱动芯片的配置信息产生控制信号以控制所述激光驱动器的工作；所述第一DAC温度查找模块根据来自光纤收发器的温度传感器的温度值在所述第一存储器的温度查找表索引对应的电流值、补偿值并通过逻辑运算传递给所述激光器驱动芯片的DAC模块；所述第一IIC接口为slave接口，所述激光器驱动芯片通过所述第一IIC接口连接上位机：所述第二IIC接口为master接口，所述激光器驱动芯片通过所述第二IIC接口连接所述接收器芯片和外挂存储器；

[0014] 所述接收器芯片包括第二模数转换电路、第二存储器、第二控制器、第二DAC温度查找模块和第三IIC接口；所述第二模数转换电路用于接收来自光电二极管放大器的模拟信号并转换为第二数字值；所述第二存储器用于存储第二数字值，以及接收器芯片的配置信息、光纤收发器的温度查找表；所述第二控制器根据所述第二存储器中接收器芯片的配置信息产生控制信号以控制所述光电二极管放大器的工作；所述第二DAC温度查找模块根据来自光纤收发器的温度传感器的温度值在所述第二存储器的温度查找表索引对应的电流值、补偿值并通过逻辑运算传递给所述接收器芯片的DAC模块；所述第三IIC接口为slave接口，所述接收器芯片通过所述第三IIC接口连接所述第二IIC接口：

[0015] 所述外挂存储器用于在预配置阶段写入并存储激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息和温度查找表；

[0016] 上电时，由所述激光器驱动芯片对所述外挂存储器发起读操作，读取激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息、温度查找表并分别写入所述第一存储器、第二存储器；

[0017] 正常工作时，所述第一控制器定时地对所述第二存储器发起读操作，将第二数字值写入所述第一存储器；当所述激光器驱动芯片接收到上位机的读请求后，所述第一控制器从所述第一存储器中读取第一数字值、第二数字值、标称值、标记值并上传给所述上位机；当所述激光器驱动芯片接收到上位机的写请求后，所述第一控制器一方面将上位机对激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息写入所述第一存储器，另一方面向所述外挂存储器发出写请求，将上位机对激光器驱动芯片的配置信息、接收器芯片的配置信息写入所述外挂存储器，并将上位机对接收器芯片的配置信息写入所述第二存储器。

[0018] 优选地，所述第一DAC温度查找模块、第二DAC温度查找模块在温度查找表中索引的电流数据包括偏置电流值及调制电流值，以及所述激光驱动芯片或所述接收器芯片的电路中与温度值相关的补偿值。

[0019] 采用上述技术方案后，本发明具有以下技术效果：

[0020] ①通过激光器驱动芯片内部的第一控制器与外挂存储器配合实现替换现有技术中的MCU，并执行处理DDM和温度查找功能、配置激光器驱动芯片和接收器芯片以及与上位机的串行通讯等功能，改变了现有光线收发器的数据流通讯方式，达到降低成本的目的；

[0021] ②可以避免现有方案中由于客户端可能对MCU进行的频繁访问而导致MCU与光纤收发器芯片之间数据交换的中断，DAC值经过温度查找功能之后不需要经过MCU与光纤收发器芯片进行数据传递再送到相应的DAC模块，而是由激光器驱动芯片或接收器芯片经过运算后直接送到各自的DAC模块，这样对于数据来说更安全，更高效；

[0022] ③外挂存储器可以在厂家端根据用户需求直接预置激光器驱动芯片、接收器芯片的配置信息，也可以在用户端由上位机写入相关的配置信息，产品使用更灵活。

附图说明

[0023] 图1为现有光纤收发器的实现方式示意图；

[0024] 图2为本发明具体实施例的实现方式示意图；

[0025] 图3为本发明具体实施例的模块示意图；

[0026] 附图标号说明：

[0027] 1‑‑‑‑MCU；

[0028] 2‑‑‑‑激光器驱动芯片；21‑‑‑第一模数转换电路；22‑‑‑DDM模块；23‑‑‑第一存储器；24‑‑‑第一控制器；25‑‑‑第一DAC温度查找模块；26‑‑‑第一IIC接口；27‑‑‑第二IIC接口；

[0029] 3‑‑‑‑接收器芯片；31‑‑‑第二模数转换电路；32‑‑‑第二存储器；33‑‑‑第二控制器；34‑‑‑第二DAC温度查找模块；35‑‑‑第三IIC接口；

[0030] 4‑‑‑‑外挂存储器；

[0031] 5‑‑‑‑上位机。

具体实施方式

[0032] 为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0034] 因此，以下对在附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制本发明要保护的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明所要保护的范围。

[0035] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0036] 在本发明实施例的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施例而简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0037] 此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0038] 下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

[0039] 此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

[0040] 参考图2和图3所示，本发明公开了一种应用于光纤收发器的控制与诊断监控系统，用于控制激光驱动器和光电二极管放大器，包括激光器驱动芯片2（CHIP A）、接收器芯片3（CHIP B）和外挂存储器4（EEPROM）；

[0041] 激光器驱动芯片2包括第一模数转换电路（A/D MUX）21、DDM模块22、第一存储器23、第一控制器24、第一DAC温度查找模块25、第一IIC接口26和第二IIC接口27；第一模数转换电路21用于接收来自激光驱动器的模拟信号并转换为第一数字值；DDM模块22将第一数字值通过运算转换为协议规定的标称值，并与激光驱动器的模拟信号的上下限阈值进行比较，根据比较结果产生标记值；第一存储器23用于存储第一数字值、第二数字值、标称值、标记值，以及激光器驱动芯片2的配置信息、接收器芯片3的配置信息、光纤收发器的温度查找表，其中温度查找表内置有温度值及其对应的电流值、补偿值，后续激光器驱动芯片2、接收器芯片3可以根据检测到的温度值进行设置不同数值的电流值、补偿值以控制光纤收发器的工作状态；第一控制器24根据第一存储器23中激光器驱动芯片2的配置信息产生控制信号以控制激光驱动器的工作；第一DAC温度查找模块25根据来自光纤收发器的温度传感器的温度值在第一存储器21的温度查找表索引对应的电流值、补偿值，并通过逻辑运算传递给激光器驱动芯片2的DAC模块；第一IIC接口26为slave接口，激光器驱动芯片2通过第一IIC接口26连接上位机5：第二IIC接口27为master接口，激光器驱动芯片2通过第二IIC接口
27连接接收器芯片3、外挂存储器4；

[0042] 接收器芯片3包括第二模数转换电路31、第二存储器32、第二控制器33、第二DAC温度查找模块34和第三IIC接口35；第二模数转换电路31用于接收来自光电二极管放大器的模拟信号并转换为第二数字值；第二存储器32用于存储第二数字值，以及接收器芯片3的配置信息、光纤收发器的温度查找表；第二控制器33根据第二存储器32中接收器芯片3的配置信息产生控制信号以控制光电二极管放大器的工作；第二DAC温度查找模块34根据来自光纤收发器的温度传感器的温度值在第二存储器32的温度查找表索引对应的电流值、补偿值，并通过逻辑运算传递给接收器芯片3的DAC模块；第三IIC接口35为slave接口，接收器芯片3通过第三IIC接口35连接第二IIC接口27：

[0043] 外挂存储器4用于在预配置阶段写入并存储激光器驱动芯片2的配置信息、接收器芯片3的配置信息和温度查找表；此外，与光纤收发器各种标准的兼容性信息也可存储在外挂存储器4中；

[0044] 参考图3所示，本发明的工作流程为：

[0045] 上电时，由激光器驱动芯片2通过第二IIC接口27对外挂存储器4发起读操作，读取激光器驱动芯片2的配置信息、接收器芯片3的配置信息、温度查找表并分别通过第二IIC接口27写入第一存储器23、通过第二IIC接口27和第三IIC接口35写入第二存储器32；

[0046] 正常工作时，第一控制器24定时地通过第二IIC接口27和第三IIC接口35对第二存储器32发起读操作，将第二数字值写入第一存储器23；当激光器驱动芯片2从第一IIC接口26接收到上位机5的读请求后，将读请求发送给第一控制器24，第一控制器24从第一存储器
23中读取第一数字值、第二数字值、标称值、标记值并通过第一IIC接口26上传给上位机5；
当激光器驱动芯片2从第一IIC接口26接收到上位机5的写请求后，将写请求发送给第一控制器24，第一控制器24一方面将上位机5对激光器驱动芯片2的配置信息、接收器芯片3的配置信息写入第一存储器23，另一方面向外挂存储器4发出写请求，将上位机5对激光器驱动芯片2的配置信息、接收器芯片3的配置信息写入外挂存储器4，并将上位机5对接收器芯片3的配置信息写入第二存储器32。

[0047] 以下示出了本发明的具体实施例。

[0048] 上述第一DAC温度查找模块25、第二DAC温度查找模块34在温度查找表中索引的电流数据包括偏置电流（APCset）值及调制电流（MODset）值，以及激光驱动芯片2或接收器芯片3的电路中与温度值相关的补偿值。

[0049] 通过上述方案，本发明通过激光器驱动芯片2内部的第一控制器24与外挂存储器4配合实现替换现有技术中的MCU 1，并执行处理DDM和温度查找功能、配置激光器驱动芯片2和接收器芯片3以及与上位机5的串行通讯等功能，改变了现有光线收发器的数据流通讯方式，达到降低成本的目的；本发明可以避免现有方案中由于客户端可能对MCU 1进行的频繁访问而导致MCU 1与光纤收发器芯片之间数据交换的中断，DAC值经过温度查找功能之后不需要经过MCU 1与光纤收发器芯片进行数据传递再送到相应的DAC模块，而是由激光器驱动芯片2或接收器芯片3经过运算后直接送到各自的DAC模块，这样对于数据来说更安全，更高效；外挂存储器4可以在厂家端根据用户需求直接预置激光器驱动芯片2、接收器芯片3的配置信息，也可以在用户端由上位机5写入相关的配置信息，产品使用更灵活。

[0050] 上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。