Лазерный передатчик волоконно-оптического интерфейса для устройств сетевого стыка цифровых атс и абонентских цифровых концентраторов
Предлагаемая полезная модель относится к телекоммуникационным технологиям и, в частности, к цифровым АТС, абонентским цифровым концентраторам (АЦК) и к их устройствам сетевого стыка (УСС), имеющим волоконно-оптический интерфейс. Кроме этого, она может быть использована в устройствах любого назначения, имеющих волоконно-оптический интерфейс, предназначенный для передачи цифровых сигналов на скоростях до 100 Мбит/с, использующих линейный код CMI или другие подобные ему коды.
На ее основе предлагается усовершенствовать лазерный передатчик волоконно-оптического интерфейса, таким образом, чтобы посредством таких передатчиков стало возможным не только передавать по оптическим линиям на большие расстояния сигнал цифрового потока, но и диагностировать отказы передатчиков, возникающие вследствие любых причин, и предаварийные состояния, связанные с приближением срока службы лазерных излучателей к окончанию. Применение предложенной полезной модели позволяет реализовать следующие основные преимущества.
- Возможность диагностики в предлагаемом передатчике аварийных состояний, обусловленных снижением выходной оптической мощности, возникающим вследствие любых причин.
- Возможность диагностики предаварийных состояний, обусловленных приближением срока службы лазерного излучателя к окончанию (из-за деградации лазерного излучателя).
- Возможность локализации полных и частичных отказов оборудования в оптической сети доступа, за счет передачи аварийных сигналов передатчика с места возникновения отказа на центральную АТС через дублированную (например, кольцевую) оптическую линию.
- Возможность уведомления персонала о возникновении отказов лазерных передатчиков посредством централизованной системы технического обслуживания и сбора информации об авариях.
- Наличие в схеме передатчика токоограничивающего резистора R м предотвращает выход из строя дорогостоящего лазерного модуля даже при пробое всех элементов схемы модулятора, т.к. максимальный ток накачки ограничен этим резистором.
Предлагаемая полезная модель относится к телекоммуникационным технологиям и, в частности, к цифровым АТС, абонентским цифровым концентраторам (АЦК) и к их устройствам сетевого стыка (УСС), имеющим волоконно-оптический интерфейс. Кроме этого она может быть использована в устройствах любого назначения, имеющих волоконно-оптический интерфейс, предназначенный для передачи цифровых сигналов на скоростях до 100 Мбит/с, использующих линейный код CMI или другие подобные ему коды.
На ее основе предлагается усовершенствовать передатчик волоконно-оптического интерфейса, таким образом, чтобы посредством таких передатчиков стало возможным не только передавать по оптическим линиям на большие расстояния сигнал цифрового потока, но и диагностировать работоспособность передатчика и входящего в его состав полупроводникового лазерного излучателя, а также контролировать остаточный ресурс последнего, что позволит упростить техническое обслуживание оборудования сетевого стыка цифровых АТС и АЦК в части диагностики аварийных и предаварийных состояний. Это также позволит проводить замену лазерного излучателя при его деградации до наступления окончательного отказа передатчика и возможной потери связи, что в свою очередь обеспечит повышение надежности функционирования УСС и построенных на их основе оптических сетей доступа.
В качестве прототипа выбран оптический передатчик (передающий оптоэлектронный модуль), описанный в книге: Волоконно-оптические сети. Убайдуллаев P.P., М. ЭКО-ТРЕНДЗ 1998 г., на ст.78, см. рис.4.5.
Данное устройство обеспечивает преобразование электрического сигнала в оптический, ввод оптической мощности в оптоволоконный световод оптического кабеля связи, модуляцию оптического излучения по мощности информационным сигналам посредством управления током накачки лазерного излучателя, стабилизацию средней мощности за счет мониторинга лазерного излучения и управления током накачки излучателя, температурный мониторинг лазерного излучателя и его охлаждение.
Недостатком устройства прототипа является отсутствие средств диагностики степени деградации лазерного излучателя и контроля остаточного ресурса
последнего, а также отсутствие контроля снижения уровня выходной мощности и полного его пропадания.
Целью данной полезной модели является создание такого лазерного передатчика волоконно-оптического интерфейса, который имел бы систему диагностики остаточного ресурса используемого в нем полупроводникового лазерного излучателя, а также имел бы систему контроля работоспособности, обеспечивающую мониторинг повышения среднего тока накачки излучателя (вследствие деградации последнего) выше установленного порога (из-за действия системы стабилизации оптической мощности с обратной связью по свету) и мониторинг снижения выходной оптической мощности ниже заданного порога, а также обнаружение полного пропадания выходного оптического сигнала вследствие любых причин (внутренние обрывы электродов лазерного излучателя, пробой лазерного диода, фоторезистора обратной связи, отказы элементов схемы управления и других). При этом создаваемый передатчик должен иметь раздельно формируемые аварийные сигналы, активируемые при снижении мощности и при превышении тока накачки. Кроме этого, приемник должен иметь специальный электрический интерфейс (выход), на котором с помощью внешних средств измерений можно было бы контролировать остаточный ресурс лазерного излучателя по значению специально формируемого на этом выходе напряжения.
Для достижения поставленной цели предлагается использовать оптический передатчик, дополненный первой и второй решающей схемой и измерительным усилителем.
На основе предлагаемого оптического передатчика могут быть реализованы УСС цифровых АТС и АЦК, а также построенные на их основе оптические сети доступа, обеспечивающие локализацию отказов передатчиков с лазерными излучателями, срок службы которых приближаются к окончанию, до возникновения отказов этих передатчиков из-за деградации лазерных излучателей.
Также предлагаемые передатчики могут применяться в любых других устройствах с волоконно-оптическими цифровыми интерфейсами, где требуется повышенная надежность и возможность глубокой диагностики аварийных и предаварийных состояний.
На фиг.1 приведена структура одного из вариантов построения лазерного передатчика волоконно-оптического интерфейса для устройств сетевого стыка цифровых АТС и АЦК, где:
1 - усилитель обратной связи (УОС);
2 - регулируемый модулятор (РМ);
3 - решающая схема 1 (РС1);
4 - регулятор Р;
5 - лазерный модуль (ЛМ);
6 - измерительный усилитель (ИУ);
7 - решающая схема 2 (РС2).
Назначение этих элементов следующее:
- усилитель обратной связи 1 (УОС) предназначен для усиления сигнала, поступающего от нагрузочного резистора Rн фотодиода обратной связи и для обеспечения необходимого усиления в контуре регулирования оптической мощности;
- регулируемый модулятор предназначен для изменения мгновенной оптической мощности по закону передаваемого (входного) цифрового сигнала, а также для регулирования среднего значения этой мощности (для ее стабилизации) управляющим сигналом в контуре стабилизации мощности, поступающим от УОС, при этом модулятор работает в ключевом режиме и коммутирует ток, ограничиваемый резистором Rм;
- решающая схема 1 (РС1) предназначена для формирования сигнала «авария излучения» («авар.изл.») при снижении напряжения, поступающего от резистора Rн ниже установленного аварийного порога;
- регулятор 4 (Р) обеспечивает функционирование системы поддержания температурного режима лазерного излучателя;
- лазерный модуль 5 (ЛМ) необходим для преобразования электрического сигнала в оптический, посредством лазерного диода (ЛД), ввода оптической мощности в одномодовый оптоволоконный световод, для формирования сигнала обратной связи по свету посредством фотодиода обратной связи (ФДОС), для поддержания температурного режима кристалла ЛД посредством термобатареи Пельтье (ТБ) и терморезистора обратной связи (ТРОС);
- измерительный усилитель 6 (ИУ) предназначен для усиления постоянного тока, поступающего от токоизмерительного резистора Rизм (измерение тока накачки лазерного излучателя) и формирования измерительного напряжения «ресурс»;
- решающая схема 7 (РС2) предназначена для формирования аварийного сигнала «авария тока лазера» (авар.т.л.) при превышении заданного порога измерительным напряжением с выхода ИУ1, пропорциональным току накачки ЛД.
Основные преимущества предлагаемого передатчика волоконно-оптического интерфейса
- Возможность диагностики в предлагаемом передатчике аварийных состояний, обусловленных снижением выходной оптической мощности, возникающим вследствие любых причин.
- Возможность диагностики предаварийных состояний, обусловленных приближением срока службы лазерного излучателя к окончанию (из-за деградации ЛД).
- Возможность локализации полных и частичных отказов оборудования в оптической сети доступа, за счет передачи аварийных сигналов передатчика с места возникновения отказа на центральную АТС через дублированную (например, кольцевую) оптическую линию.
- Возможность уведомления персонала о возникновении отказов передатчиков посредством централизованной системы технического обслуживания и сбора информации об авариях.
- Наличие в схеме передатчика токоограничивающего резистора Rм предотвращает выход из строя дорогостоящего лазерного модуля даже при пробое всех элементов схемы РМ, т.к. максимальный ток накачки ограничен этим резистором.
Реализация узлов лазерного передатчика волоконно-оптического интерфейса.
Все узлы передатчика за исключением лазерного модуля 5 разработаны в ФГУП ЛОНИИС. В качестве ЛМ используется отечественный передающий оптический модуль ПОМ-514 производства ЗАО ТЕЛАЗ. В последних модификациях передатчиков используются модули ПОМ 561 той же фирмы-изготовителя, но в этом случае системы обеспечения температурного режима не требуется.
Усилитель обратной связи 1 реализован на отечественном операционном усилителе КР1401 УД2А.
Регулятор-модулятор 2 выполнен на трех транзисторах КТ610А, КТ816Г, КТ313А1 и двух полупроводниковых диодах КД521А.
Решающая схема 1 выполнена на микросхеме приемника сигнала симметричной линии SN7510BN (К170УП1).
Регулятор 4 выполнен на операционном усилителе КР1401 УД2А.
Измерительный усилитель 6 реализован на операционном усилителе КР1401УД2А.
Решающая схема 2 выполнена на микросхеме SN7510BN.
Передатчик выполнен на съемной малогабаритной плате печатного монтажа 85×75 мм.
Работоспособность опытных образцов передатчика была проверена на стендах ФГУП ЛОНИИС. Результаты испытаний положительные, что свидетельствует о правильности выбранного комплекса технических решений и готовности изделия к серийному промышленному выпуску.
Лазерный передатчик волоконно-оптического интерфейса для устройств сетевого стыка цифровых АТС и абонентских цифровых концентраторов, включающий лазерный модуль, усилитель обратной связи, регулируемый модулятор, регулятор, причем лазерный модуль (ЛМ) имеет оптический выход в сторону линии, напряжение от терморезистора обратной связи (ТРОС) лазерного модуля подается на вход регулятора, а к его выходу присоединена термобатарея (ТБ) лазерного модуля, кроме этого, сигнал с нагрузочного резистора R н фотодиода обратной связи (ФДОС) лазерного модуля поступает на вход усилителя обратной связи, выход этого усилителя соединен с одним из входов регулятора-модулятора, на второй вход которого подается сигнал с внешнего входа модуляции, к выходу регулятора-модулятора через токоограничивающий резистор Rм подключен катод лазерного диода (ЛД), входящего в состав лазерного модуля, анод этого диода соединен с общей шиной через токоизмерительный резистор Rизм, отличающийся тем, что он содержит первую и вторую решающие схемы и измерительный усилитель, причем на вход первой решающей схемы поступает напряжение с нагрузочного резистора Rн, с её выхода снимается внешний аварийный сигнал «авария излучения» («авар. изл.»), напряжение от измерительного резистора Rизм подается на вход измерительного усилителя, с выхода которого снимается выходное напряжение «ресурс», кроме этого, выход усилителя соединен со входом второй решающей схемы, с выхода которой снимается внешний аварийный сигнал «авария тока лазера» («авар. т.л.»).
