CN102801967B - 用于传输非压缩视频信号的sfp光模块 - Google Patents

Abstract

一种用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块，包括光接收次模块、光发射次模块、光发射机控制电路、光接收机控制电路及微控制器；光发射机控制电路采用直流耦合到光发射次模块，用于控制光发射次模块的发光状态；光发射机控制电路包括激光驱动电路、直流耦合电路及滤波电路，光接收机控制电路采用电容耦合到光接收次模块，光接收机控制电路包括限幅放大电路和APD升压电路。光发射机控制电路采用直流耦合到光发射次模块并对通过滤波电路滤波来增强病态信号的处理能力，而光接收机控制电路则采用电容耦合能够增加传输带宽，且避免接收耦合电路形成的低频滤波器阻止低频信号通过，从而有效解决视频信号的传输中的病态信号的出现。

Description

用于传输非压缩视频信号的SFP光模块

【技术领域】

本发明涉及SFP光模块，尤其涉及一种用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块。

【背景技术】

高清视频远距离传输在高速公路、平安城市、智能交通、公安、金融、水利、石油、电力、军队、煤矿、广播电视等众多安防领域得到广泛的应用。在数字视频监控模式下，目前技术可分为压缩模式和非压缩模式，压缩模式便是应用诸如MPEG-4、MPEG-2、H.264视频编解码标准对视频信息压缩处理，以便传输、存储。对于压缩的视频信号与普通的数字信号一样也可以采用IP网络传输。

采用动态IP远距离传输视频信号，此时压缩编码会对视频信息带来不同程度的损失，当压缩比高时，图像失真严重，容易出现马赛克及块效应现象，在要求高清晰度的场合，这种失真是不允许的。为了保证传输视频信号的质量，不能对视频信号进行压缩。采用75欧姆同轴电缆传输非压缩的视频信号，能完成原始信号的传输，缺点是不能远距离传输。

因此在远距离传输非压缩视频信号时，采用光纤通信系统的传输双极性非归零码，但是传输非压缩视频信号不可避免会具有病态信号（pathological patterns）的问题。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种在光纤通信系统传输过程中避免病态信号出现的用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块。

一种用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块，所述SFP光模块包括光接收次模块、光发射次模块、光发射机控制电路、光接收机控制电路及微控制器；

所述光发射机控制电路采用直流耦合到所述光发射次模块，用于控制所述光发射次模块的发光状态；所述光发射机控制电路包括激光驱动电路、直流耦合电路及滤波电路，所述激光驱动电路与所述光发射次模块、所述直流耦合电路及所述滤波电路连接，所述激光驱动电路包括激光驱动器，用于给所述光发射次模块提供驱动电流；所述激光驱动器与所述微控制器连接，所述微控制器用于控制与监测所述激光驱动器的输出电流；

所述光接收机控制电路采用电容耦合到所述光接收次模块，用于接收光接收次模块的电信号并为光接收次模块提供工作电压；所述光接收机控制电路包括限幅放大电路和APD升压电路，所述限幅放大电路及所述APD升压电路与所述光接收次模块连接，所述限幅放大电路用于恢复所述光接收次模块输出的超低频截止频率的电信号，所述APD升压电路用于给光接收次模块提供正常的工作电压，所述APD升压电路还与所述微控制器连接，所述微控制器用于控制所述APD升压电路的输出电压。

在其中一个实施例中，所述光接收次模块为PIN光电二极管或雪崩光电二极管。

在其中一个实施例中，所述光接收次模块还包括跨阻放大器，所述限幅放大电路与光接收次模块中的跨阻放大器连接，用于恢复所述光接收次模块的跨阻放大器输出的电信号，所述APD升压电路连接光接收次模块，用于提供正常工作电压给光接收次模块。

在其中一个实施例中，所述光接收机控制电路直接反馈控制高光与低光组成的APD升压电路回路。

在其中一个实施例中，所述SFP光模块包括双纤收发、双发、双收、单发单收的封装形式。

在其中一个实施例中，所述光接收机控制电路采用4.7微法电容耦合到光接收次模块。

上述SFP光模块中光发射机控制电路采用直流耦合到光发射次模块并对通过滤波电路滤波来增强病态信号的处理能力，而光接收机控制电路则采用电容 耦合能够增加传输带宽，且避免接收耦合电路形成的低频滤波器阻止低频信号通过，从而有效解决视频信号的传输中的病态信号的出现。

【附图说明】

图1为用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块的结构示意图；

图2为SFP光模块采用双纤收发的结构示意图；

图3为SFP光模块采用双纤双发的结构示意图；

图4为SFP光模块采用双纤双收的结构示意图；

图5为SFP光模块采用单纤单发的结构示意图；

图6为SFP光模块采用单纤单收的结构示意图。

【具体实施方式】

如图1所示，为用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块的结构示意图。SFP（small form pluggable）光模块封装--热插拔小封装模块，目前最高速率可达10G，多采用LC接口。一种用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块包括光发射次模块10、光接收次模块20、光发射机控制电路30、光接收机控制电路40及微控制器50。

光发射机控制电路30采用直流耦合到光发射次模块10，用于控制光发射次模块10的发光状态。

光发射机控制电路30包括激光驱动电路302、直流耦合电路304及滤波电路306。

激光驱动电路302与光发射次模块10、直流耦合电路304及滤波电路306连接。激光驱动电路302包括激光驱动器，用于给光发射次模块10提供驱动电流。激光驱动器与微控制器50连接，微控制器50用于控制与监测激光驱动器的输出电流。

光接收机控制电路40采用电容耦合到光接收次模块20，用于接收光接收次模块20的电信号并为光接收次模块20提供工作电压。

光接收机控制电路40包括限幅放大电路402和APD升压电路404。光接收 机控制电路直接反馈控制高光与低光组成的APD升压电路回路。

限幅放大电路402及APD升压电路404与光接收次模块20连接，限幅放大电路402用于恢复光接收次模块20输出的超低频截止频率的电信号。APD升压电路404用于给光接收次模块20提供正常的工作电压。APD升压电路404还与微控制器50连接，微控制器50用于控制APD升压电路404的输出电压。

光发射次模块10和光接收次模块20均属于光传输模块。光传输模块分为单模光传输模块与多模光传输模块。从整体产品架构上区分则包括光学次模块（OpticalSubassembly；OSA）及电子次模块（Electrical Subassembly；ESA）两大部分。

光学次模块的制作流程大致如下：首先磊晶部分是以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、砷化铟镓（InGaAs）等作为发光与检光材料，利用有机金属气相沉积法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD）等方式，制成磊晶圆。在芯片制程中，则将磊晶圆，制成雷射二极管。随后将雷射二极管，搭配滤镜、金属盖等组件，封装成TO can（Transmitter Outline can），再将此TO can与陶瓷套管等组件，封装成光学次模块（OSA）。

光学次模块又可细分为光发射次模块10（TOSA，Transmitter OpticalSubassembly）与光接收次模块20（ROSA，Receiver Optical Subassembly）。

在本实施例中，光接收次模块20在制作过程中采用的二极管为PIN光电二极管（positive-intrinsic negative diode，PIN二极管）或雪崩光电二极管。

光接收次模块20还包括跨阻放大器，限幅放大电路402与光接收次模块20中的跨阻放大器连接，用于恢复光接收次模块20的跨阻放大器输出的电信号，APD升压电路404连接光接收次模块20，用于提供正常工作电压给光接收次模块20。其中，为了保证传输超低频信号，提高传输带宽，跨阻放大器采用较低截止频率，一般情况下选用的跨阻放大器低频截止频率需要是1KHz，最大不超过2KHz。

跨阻放大器是放大器类型的一种，放大器类型是根据其输入输出信号的类型来定义的。在电学范畴，假设放大器增益A=Y/X，Y为输出，X为输入。由于表征一个信号不是用电压就是电流，所以组合一下就有四种放大器，当 输入为电流信号，输出为电压信号时，A=Y(电压)/X(电流)，则具有电阻的量纲，所以称之为跨阻放大器。

光发射机控制电路30采用直流耦合到光发射次模块10，避免交流耦合形成的高通滤波性能。同时滤波电路306能够增强光发射机控制电路30的病态信号处理能力，光发射机控制电路30能够通过调节直流耦合匹配电阻的阻值，从而提高眼图质量。

光接收机控制电路40为了保证低频信号的传输能力，采用较大耦合电容4.7uF，这样既降低了传输中交流耦合的高通滤波特性，又保证低频信号的正常通路。

限幅放大电路402可以抑制数据信号幅度的慢速变化，也可以抑制信号的幅度较快变化。不存在增益控制放大器中的时间常数问题。限幅放大电路402的基本结构包括一系列的差分放大单元和一个直流反馈环路。电流放大器之类的非线性器件常用于限幅放大电路402。当采用场效应管构成差动放大器时，其基本电路形式为源极耦合FET逻辑电路。在本实施例中，限幅放大电路402主要用于恢复超低低频截止频率的跨阻放大器的输出电信号，对其进行放大。

APD升压电路404连接光接收次模块20中的雪崩二极管，还与微控制器50连接，微控制器50用于控制APD升压电路404输出的压降大小。

微控制器50包括数模转换端口、模数转换端口及I/O端口。微控制器50连接激光驱动电路302、限幅放大电路402和APD升压电路404。主要用于控制各模块调试性能与相关参数的数字诊断监测的作用。微控制器50控制与监测激光驱动电路302的输出电流大小以及控制调整病态信号的传输能力。

在本实施例中，微控制器50是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器50通过模拟I2C主机控制光发射次模块10中发射驱动芯片和光接收机控制电路40。为了保证病态信号的传输，微控制器50通过I2C通信控制激光驱动电路302，微控制器50通过软件在数据信号的上升沿、下降沿调整PD的设置时间，采用单闭环APC回路适应病态信号传输。微控制器50通过软件设置P1 loop与P0 loop的采样因子，P1代表的1电平，P0代表的是0电平，病态信号主要是19个1跟随一个0，或者19个1跟随一 个0，通过软件设置调整采样因子增强适应病态信号的能力，使得在传输连续的电平状态信号情况下能够保证激光器正常发光，也不会出现超强光或者超低光的情况影响信号状态的判断。微控制器50通过软件调整单闭环低通滤波器（low pass filter），增加整个发射系统带宽，有利于低频信号传输。

上述SFP光模块中光发射机控制电路采用直流耦合到光发射次模块并对通过滤波电路滤波来增强病态信号的处理能力，而光接收机控制电路则采用电容耦合能够增加传输带宽，且避免接收耦合电路形成的低频滤波器阻止低频信号通过，从而有效解决视频信号的传输中的病态信号的出现。

在本实施例中，SFP光模块包括双纤收发、双发、双收、单发单收的封装形式。

基于上述所有实施例，如图2所示为SFP光模块采用双纤收发的结构示意图。光发射次模块10中的二极管采用激光二极管，激光二极管与光发射机控制电路30中的激光驱动电路302连接。光接收次模块20中的二极管采用雪崩二极管，雪崩二极管与光接收机控制电路40中的APD升压电路404连接。光接收次模块20中的跨阻放大器与光接收机控制电路40中的限幅放大电路402连接。微控制器50用于监控APD升压电路404和限幅放大电路402。

如图3所示为SFP光模块采用双纤双发的结构示意图。SFP光模块包括两个光发射次模块10，两个光发射次模块10中的二极管均采用激光二极管，激光二极管均与光发射机控制电路30中的激光驱动电路302连接。

如图4所示为SFP光模块采用双纤双收的结构示意图。SFP光模块包括两个光接收次模块20，两个光接收次模块20中的二极管均采用雪崩二极管，雪崩二极管均与光接收机控制电路40中的APD升压电路404连接。光接收次模块20中的跨阻放大器与光接收机控制电路40中的限幅放大电路402连接。微控制器50用于监控APD升压电路404和限幅放大电路402。

如图5所示为SFP光模块采用单纤单发的结构示意图。SFP光模块只包括一个光发射次模块10，光发射次模块10中的二极管采用激光二极管，激光二极管与光发射机控制电路30中的激光驱动电路302连接。

如图6所示为SFP光模块采用单纤单收的结构示意图。SFP光模块只包括一个光接收次模块20，光接收次模块20中的二极管采用雪崩二极管，雪崩二极管与光接收机控制电路40中的APD升压电路404连接。光接收次模块20中的跨阻放大器与光接收机控制电路40中的限幅放大电路402连接。微控制器50用于监控APD升压电路404和限幅放大电路402。

光接收机控制电路40采用4.7uF电容耦合到光接收次模块20。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块，其特征在于，所述SFP光模块包括光接收次模块、光发射次模块、光发射机控制电路、光接收机控制电路及微控制器；

所述光发射机控制电路采用直流耦合到所述光发射次模块，用于控制所述光发射次模块的发光状态；所述光发射机控制电路包括激光驱动电路、直流耦合电路及滤波电路，所述激光驱动电路与所述光发射次模块、所述直流耦合电路及所述滤波电路连接，所述激光驱动电路包括激光驱动器，用于给所述光发射次模块提供驱动电流；所述激光驱动器与所述微控制器连接，所述微控制器用于控制与监测所述激光驱动器的输出电流；

所述光接收机控制电路采用电容耦合到所述光接收次模块，用于接收光接收次模块的电信号并为光接收次模块提供工作电压；所述光接收机控制电路包括限幅放大电路和APD升压电路，所述限幅放大电路及所述APD升压电路与所述光接收次模块连接，所述限幅放大电路用于恢复所述光接收次模块输出的超低频截止频率的电信号，所述APD升压电路用于给光接收次模块提供正常的工作电压，所述APD升压电路还与所述微控制器连接，所述微控制器用于控制所述APD升压电路的输出电压；

所述光接收机控制电路采用较大耦合电容4.7uF；

所述微控制器通过模拟I2C主机控制所述光发射次模块中发射驱动芯片和所述光接收机控制电路；所述微控制器通过I2C通信控制所述激光驱动电路；所述微控制器通过软件在数据信号的上升沿、下降沿调整PD的设置时间，采用单闭环APC回路适应病态信号传输；所述微控制器通过软件设置P1 loop与P0 loop的采样因子，P1代表的1电平，P0代表的是0电平；

所述光接收次模块还包括跨阻放大器，所述限幅放大电路与光接收次模块中的跨阻放大器连接，用于恢复所述光接收次模块的跨阻放大器输出的电信号，所述APD升压电路连接光接收次模块，用于提供正常工作电压给光接收次模块；

所述跨阻放大器的低频截止频率为1KHz-2KHz。

2.根据权利要求1所述的用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块，其特征在于，所述光接收次模块为PIN光电二极管或雪崩光电二极管。

3.根据权利要求1所述的用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块，其特征在于，所述光接收机控制电路直接反馈控制高光与低光组成的APD升压电路回路。

4.根据权利要求1所述的用于光纤传输非压缩视频信号的SFP光模块，其特征在于，所述SFP光模块包括双纤收发、双发、双收、单发单收的封装形式。