專利名稱：一種用于智能電網的超小型可編程光通信模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及智能電網用電信息采集領域，具體涉及一種超小型可編程光通信模塊。
背景技術：
智能電網計劃(Smart power grid plan)是中國國家電網公司2009年5月21日首次公布的，其內容有堅強智能電網以堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節，覆蓋所有電壓等級，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合，是堅強可靠、經濟高效、清潔環保、 透明開放、友好互動的現代電網。智能電網是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。傳統的通信方式，按信道介質分，常見的通訊有電力線載波通訊、電話線通訊和無線通訊等方式，具體特性如下。a)電力線實施載波通訊，不需要再投資鋪設通訊線路，不僅可大大節約資金投入， 且還具有維護量小的特點，但傳輸距離有限，且容易受干擾。b)由于電話在城鎮的迅速普及，利用現有電話網進行數據通訊是一個經濟有效的方案。利用電話網通訊，只需在數據集中器和工作主站處加裝調制解調器即可，其傳輸速率可達56Kbps。但電話線通訊的線路接通時間較長，一般要幾秒到十幾秒，另外速率過低，不能開展其他高速率的增值應用。還有，我國的廣大鄉村、小城鎮還沒普及電話。c)對于分布分散的集中器，利用無線方式進行數據通訊是一種較好的選擇如 230M小無線技術，但無線通訊方式需要慎重選擇頻點，并需申請頻點使用權。如果使用GPRS/WCDMA (通用分組無線服務/寬帶碼分多址)或者CDMA 1X/EVD0 (碼分多址IX/ Evolution Data Only)等移動公網，又存在室內覆蓋死角以及需要支付昂貴的使用費。綜上，傳統的通信方式由于信道介質為共享資源，容易受干擾，很難達到用電信息采集系統傳輸數據準確性、可靠性和實時性的要求。傳統的智能電網用電信息采集系統使用的通信單元大多為載波通信模塊、GPRS/ CDMA通信模塊、網絡通信模塊(快速以太網)、230M電臺通信模塊、PSTN(公共交換電話網絡)通信模塊。這些通信單元都存在上述的缺點。在這種情況下，采用光纖通信具有突出的優勢，然而一般的光通信模塊具有體積較大、功耗較大、升級不便的問題。PON(無源光網絡)技術已經在運營商市場和廣電市場得到了廣泛的應用，將其引進到電力市場將能克服以上的困難，徹底解決用電信息采集的可靠性和實時性，并能提供較寬的帶寬以提供其他增值應用如IP視頻監控等。傳統的PON光模塊僅能提供光電轉換功能，無法提供可供客戶
4直接使用的網絡接口。國家電網公司企業標準定義的PON通信模塊則存在實現困難，對尺寸和功耗約束較高的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用于智能電網的超小型可編程光通信模塊，該模塊體積小、低功耗，還可以編程，使用該模塊并結合光纖復合低壓電纜技術可徹底地解決智能電網終端用戶接入和未來大量用電信息交互的問題。本發明所要解決的技術問題是一種用于智能電網的超小型可編程光通信模塊， 所述光通信模塊包括依次相連的光收發模塊接口組件、激光器驅動器/限幅放大器和PON MAC芯片，PON MAC芯片還接有連接器。所述的模塊，激光器驅動器/限幅放大器還接有I2C電可擦除存儲器，PON MAC芯片接有串行閃存。所述的模塊，連接器和整個光通信模塊的封裝采用SFF、SFP、SFP+, CSFF, CSFP, XFP、XENPACK、1 X 9 或 GBIC0所述的模塊，激光器驅動器/限幅放大器內還設有模數轉換器和微控制器。所述的模塊，所述光通信模塊上行接有光線路終端，下行接有集中器、采集器、專變采集終端、單相智能電表或三相智能電表。所述的模塊，PON MAC芯片提供LED信號、GPI0、UART串口、復位信號或網絡信號。所述的模塊，所述通信模塊外接有DC-DC電源，DC-DC電源上還接有MOS開關管。所述的模塊，網絡信號采用10/100BASE-TX，10/100/1000BASE-T， 10/100/1000/10GBASE-T 或 SGMII。本發明的優點該模塊體積小、功耗低，可編程，使用該模塊并結合光纖復合低壓電纜技術可徹底地解決智能電網終端用戶接入和未來大量用電信息交互的問題。傳統的用電信息采集表計廠家使用本專利可以很方便的實現各種用電信息采集終端的光纖通信單兀。
圖1是本發明的使用場景，主要用于用電信息采集。圖2是本發明模塊所在位置示意圖，其中超小型可編程光通信模塊位于各種電能信息采集終端的內置光通信單元中。圖3是本發明模塊構成原理示意圖。圖4是本發明一個實現示例的模塊管腳分配圖。圖5是本發明另一個實現示例的模塊管腳分配圖。圖6是采集器通信單元采用本發明實現示意圖。圖7是集中器通信單元采用本發明實現示意圖。圖8是專變采集終端通信單元采用本發明實現示意圖。圖9是單相智能電表通信單元采用本發明實現示意圖。圖10是三相智能電表通信單元采用本發明實現示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種超小型可編程光通信模塊(如做成SFF(小封裝)2X 10封裝或SFP (可熱插拔小封裝)封裝)，在此基礎上可以很簡單實現各種用電信息采集終端(含集中器、采集器、專變采集終端、三相智能電表、單相智能電表)的通信單元，在較小的尺寸實現完整ONU(光網絡單元)的功能并提供網絡接口、調試(編程)串口、通信串口以及其他接口，且尺寸小，功耗低。該超小型的模塊可以通過PON 口遠程可編程(如升級、配置)， 也可以通過網絡接口或者串口進行本地編程。這對于用電信息采集設備制造商是非常有利的，他們可以在沒有PON網絡專業知識的情況下基于此模塊快速的開發出取代傳統通信單元的光纖通信單元。本發明的光通信模塊體積小、低功耗，還可以編程，使用該模塊并結合光纖復合低壓電纜技術可徹底地解決智能電網終端用戶接入和未來大量用電信息交互的問題。以下說明可以使本領域的技術人員能夠使用和制造本發明，并且以下的說明是在特定的應用及其所需環境中的。對本領域的技術人員來說，對本發明所公開的設計的各種修改是顯而易見的，并且可以基于本發明公開的原理用于其它的應用或者環境/場景中 (如煤礦、鐵路等應用，又如ΕΡ0Ν(以太網無源光網絡)、10GEP0N(10G比特以太網無源光網絡)、GP0N(吉比特無源光網絡)、XGP0N(10G比特以上的Ρ0Ν)以及WDMP0N(波分復用型無源光網絡)等)。因此本發明不局限于下文所述的具體實施場景和實施方式，而是旨在涵蓋本發明所公開原理和特征的最寬泛的范圍。本發明的一個實施方式提供了一種用于智能電網的超小型可編程光通信模塊。該模塊包括光收發模塊接口組件(BOSA)、激光器驅動器/限幅放大器(LDD/LIA)、I2C電可擦除存儲器(I2C EEPROM), PON MAC(媒體存儲訪問)芯片、串行閃存(SPI Flash)、SFF 2X10類似接口或SFP類似接口，可以內置于類似SFF 2X 10或者SFP小型封裝中。該模塊可完成PON光信號到網絡接口信號和串口的變換處理以及輸出/輸入其他狀態/控制或指示信號，并完成和遠端上聯的OLT的點對多點的通信協議處理。該模塊具有體積小、功耗小、可在線編程等特點，可廣泛應用于智能電網用電信息采集終端的通信單元。其中光收發模塊組件用于接收和發送來自/發往OLT (光線路終端)的光信號。激光器驅動器/限幅放大用于驅動發光二極管和對接收二極管經前置放大的信號進行限幅放大。激光驅動器/限幅放大器芯片還集成了模數轉換器和微控制器，以提供溫度負反饋和其他監控電路。I2C電可擦除存儲器用于存放光收發模塊的控制和狀態以及告警信息。 PON MAC芯片用于完成光收發模塊(包含光收發模塊接口組件、激光器驅動器/限幅放大器、I2C 電可擦除存儲器)輸出的 PECL/CML(Positive Emitter-Coupled Logic/Current Mode Logic)信號到網絡信號(10/100BASE-TX)和串口的變換處理以及輸出其他狀態或指示信號，并完成和遠端上聯的OLT的點對多點的通信協議處理。串行閃存用來存儲PON MAC 芯片的啟動配置參數和程序文件。此外超小型可編程光通信模塊還包含一個SFF 2X10類似連接器/SFP類似連接器。通過SFF 2 X 10類似連接器/SFP類似連接器，超小型可編程光通信模塊可以提供LED (發光二極管)信號、GPIO (通用輸入輸出)、調試和通信UART (通用異步接收/發送裝置)串口、復位信號、網絡信號。其中調試UART串口或者網絡接口可以實現可編程；通信串口和網絡接口可以提供給用戶通信使用；復位信號(RST)可以發送復位信號給外界使用或者接收外界的復位信號復位本模塊；通用輸入輸出(GPIO)信號可以用于控制或者輸出狀態或者接收控制；LED指示信號可用于外接LED提供例如PON、L0S、 ACT、LINK等指示信息。上述提到的光收發模塊接口組件、激光器驅動器/限幅放大器、I2C 電可擦除存儲器、PON MAC芯片、串行閃存都包含在一個類似于SFF 2X10或者SFP的超小型封裝中，從而可以用于各種用電信息采集終端的光通信單元中或其他場合。本發明實施方式的變型中，還可以采用類似SFF 2X5的封裝，這樣可以提供信號數量變少相應的功能也會減少。除SFF以及SFP封裝外，本實施方式的變形還可以采用類似于 SFP+、CSFF(Compact SFF)、CSFP (Compact SFP)、XFP (IOGigabit Small Form Factor Pluggable)、XENPACK、IX 9、GBIC (熱插拔千兆接口 )等封裝。本發明實施方式的變型中，網絡信號還可以以10/100/1000BASE-T的形式或 10/100/1000/10GBASE-T或SGMII (Serial Gigabit Media Independent Interface)的形式提供。當采用10/100/1000BASE-T或10/100/1000/10GBASE-T形式的網絡接口后需要占用8根信號線，而10/100BASE-TX或者SGMI I信號僅需4根信號線。這樣會占用其他信號線減少相關功能。本發明實施方式的變型中，光收發模塊組件(BOSA)也可以以分離的TOSA(光發送模塊組件)+ROSA(光接收模塊組件)的組合形式或者LD (激光二極管)+PD (光電二極管)+TIA (跨阻放大器)的組合形式來實現。本發明實施方式的變形中，激光器驅動器(LDD)/限幅放大器(LIA)(內置模數轉換器(ADC)與微控制器(μ C))也可以以分離的LDD+LIA+ADC+yC的四組件或者三組件或者兩組件的多種組合形式來實現。本發明實施方式的變形中，PON MAC芯片可以是集成物理芯片(PHY)或SERDES(串行-并行轉換)的芯片，也可是外置PHY或SERDES的芯片。本發明實施方式的變型中，連接到連接器的信號(網絡信號、串口信號、GPI0、LED 指示信號)可以任意組合或剪裁。典型的，超小型可編程光通信模塊300可以由如下型號的芯片實現B0SA 301可采用 PLDM585-169L 或 PLDM585-269 或 DBD-F3T243XX-X，LDD/LIA 302 可采用 PHY1078 或 PHY2078, PON MAC 芯片 303 可采用 AR8829，I2C EEPROM 304 可以采用 AT24C02，串行閃存 305 可以采用 MX25L160OT。其中B0SA 301 和 LDD/LIA 302 之間互聯，LDD/LIA 302 和 I2C EEPROM 304采用I2C接口互聯，LDD/LIA 302和PON MAC芯片303間使用PECL/CML數據信號以及控制信號(TX_DIS)、狀態信號(SD/L0S)和I2C接口進行互聯。PON MAC芯片和串行閃存之間采用SPI接口進行互聯。本發明的使用場景圖1示意了基于無源光網絡PON技術的用電信息采集網絡，包括遠端的采集系統主站、中間的無源光網絡以及用電信息采集終端(含集中器、采集器、專變采集終端、三相智能電表、單相智能電表等)。圖2示意了本發明所處網絡中的位置，一般的集中器203、采集器204、專變采集終端205、單相智能電表206、三相智能電表207內置了可插拔的通信單元，本發明的超小型可編程光通信模塊可以內置或者插拔在通信單元上。這些用電信息采集終端也可以直接采用超小型可編程光通信模塊而不用通信單元過渡。這些用電信息采集終端通過超小型可編程光通信模塊與光線路終端(OLT) 201進行通信，進而與更上一級采集系統主站進行交互。
圖1和圖2僅示意了本發明用于智能電網用電信息采集，該發明還可以用于配網通信終端，可以提供網絡接口和/或串口(外接收發器可以實現RS232或者RS485接口)。 除智能電網領域外還可以用于需要網絡接口和/或串口的領域(如煤炭、鐵路)。本發明的超小型可編程光通信模塊圖3給出了一種超小型可編程光通信模塊300的結構組成，該模塊采用類似SFF 2X10或SFP的封裝。具有尺寸小、功耗小、接口豐富等特點。該模塊包括光收發模塊接口組件(BOSA) 301、激光器驅動器/限幅放大器(LDD/LIA)302、I2C電可擦除存儲器(I2C EEI3ROM) 304、PON MAC 芯片 303、串行閃存(SPI Flash) 305,SFF 2 X 10 類似接口或 SFP 類似接口 306。其中光收發模塊組件301用于接收和發送來自/發往OLT 201的光信號。激光器驅動器/限幅放大器302用于驅動發光二極管和對接收二極管經前置放大的信號進行限幅放大。激光驅動器/限幅放大器芯片302還集成了模數轉換器ADC以及微控制器μ C， ADC和μ C用于和BOSA以及LDD和LIA相連，以提供光模塊工作參數的溫度負反饋和其他監控功能。I2C電可擦除存儲器304用于存放光收發模塊的控制和狀態以及告警信息。PON MAC芯片303用于完成光收發模塊(包含光收發模塊接口組件301、激光器驅動器/限幅放大器302、I2C電可擦除存儲器304)輸出的PECL/CML信號到網絡信號(10/100BASE-TX)和串口的變換處理以及輸出其他狀態或指示信號，并完成和遠端上聯的OLT 201的點對多點的通信協議處理。串行閃存305用來存儲PON MAC芯片303的啟動配置參數和程序文件。 此外超小型可編程光通信模塊還包含一個SFF 2 X 10類似連接器/SFP類似連接器306。通過SFF 2 X 10類似連接器/SFP類似連接器306，超小型可編程光通信模塊300可以提供LED 信號(LEDs)、GPIO (GPIOs)、調試和通信UART串口(圖3中包括UARTO 2)、復位信號RST、 網絡信號(RX、TX等)。其中B0SA 301提供的光纖接口可以實現本模塊從OLT 201側的遠程可編程；調試UART串口或者網絡接口可以實現本地可編程；通信串口和網絡接口可以提供給用戶/用電信息采集終端通信使用；復位信號(RST)可以發送復位信號給外界使用或者接收外界的復位信號復位本模塊；通用輸入輸出(GPIO)信號可以用于控制或者輸出狀態或者接收控制；LED指示信號可用于外接LED提供例如P0N、L0S、ACT、LINK (這些都是PON 終端的通用指示燈)等指示信息。上述提到的光收發模塊接口組件、激光器驅動器/限幅放大器、I2C電可擦除存儲器、PONMAC芯片、串行閃存都包含在一個類似于SFF 2 X 10或者 SFP的超小型封裝中，從而可以用于各種用電信息采集終端的光通信單元中或其他場合。光收發模塊接口組件301、激光器驅動器/限幅放大器302之間傳送有TX、RX信號，激光器驅動器/限幅放大器302、PON MAC芯片303之間傳送有TX、RX、TX DIS (TX的突發控制信號)、SD (Signal Detect)、I2C信號等。I2C信號還可與I2C電可擦除存儲器304 之間相交互。圖3中，光通信模塊300外接的電源信號為PWR。圖4和表1給出一種類似SFF 2X10封裝的超小型可編程光痛快的管腳分布示意圖。圖4為俯視圖(Top View)。和SFF標準管腳分配不同，為了引出較豐富的接口，對原始的SFF 2X10管腳分配進行了改動，引入了串口(pinl-4以及pinl9-20)以及LED指示信號(pin8/16/17/18)、GPIO (pinl7)、RST 復位信號(pin5)，Tx_DATA+/_ 和 RX_DATA+/_ 也變成了網絡數據信號(10/100BASE-TX)，電源信號則保持不變。表 1
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權利要求
1.一種用于智能電網的超小型可編程光通信模塊，其特征在于所述光通信模塊 (300)包括依次相連的光收發模塊接口組件(301)、激光器驅動器/限幅放大器(302)和 PON MAC芯片(303)，PON MAC芯片(303)還接有連接器(306)。
2.根據權利要求1所述的模塊，其特征在于激光器驅動器/限幅放大器(30 還接有I2C電可擦除存儲器(304)，PON MAC芯片(303)接有串行閃存(305)。
3.根據權利要求1所述的模塊，其特征在于連接器(306)和整個光通信模塊(300)的封裝采用 SFF、SFP、SFP+、CSFF、CSFP、XFP、XENPACK、1 X 9 或 GBIC。
4.根據權利要求1所述的模塊，其特征在于激光器驅動器/限幅放大器(302)內還設有模數轉換器(ADC)和微控制器(μ C)。
5.根據權利要求3所述的模塊，其特征在于，采用SFF封裝時，模塊各管腳(PIN)的功能見下表1 :表1
6.根據權利要求3所述的模塊，其特征在于，采用SFP封裝時，模塊各管腳(PIN)的功能見下表2 表2
7.根據權利要求1所述的模塊，其特征在于所述光通信模塊(300)上行接有光線路終端001)，下行接有集中器003)、采集器004)、專變采集終端005)、單相智能電表 (206)或三相智能電表(207)。
8.根據權利要求1所述的模塊，其特征在于P0NMAC芯片(303)提供LED信號、GPI0、 UART串口、復位信號或網絡信號。
9.根據權利要求1所述的模塊，其特征在于所述通信模塊(300)外接有DC-DC電源， DC-DC電源上還接有MOS開關管。
10.根據權利要求8所述的模塊，其特征在于網絡信號采用10/100BASE-TX， 10/100/1000BASE-T,10/100/1000/10GBASE-T 或 SGMII。
全文摘要
本發明提供一種超小型可編程光通信模塊(300)。所述光通信模塊(300)包括依次相連的光收發模塊接口組件(301)、激光器驅動器/限幅放大器(302)和PON MAC芯片(303)，PON MAC芯片(303)還接有連接器(306)。該模塊體積小、低功耗，還可以編程，使用該模塊并結合光纖復合低壓電纜技術可徹底地解決智能電網終端用戶接入和未來大量用電信息交互的問題。
文檔編號H04B10/12GK102255661SQ201110155158
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月10日 優先權日2011年6月10日
發明者任波, 葉勇剛, 胡保民, 鄭直 申請人:武漢長光科技有限公司