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 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:
н
- усилитель обратной связи 1 (УОС) предназначен для усиления сигнала, поступающего от нагрузочного резистора R фотодиода обратной связи и для обеспечения необходимого усиления в контуре регулирования оптической мощности;
м
- 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 R;
н
- решающая схема 1 (РС1) предназначена для формирования сигнала «авария излучения» («авар.изл.») при снижении напряжения, поступающего от резистора R 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.
м
- Наличие в схеме передатчика токоограничивающего резистора R 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.