一种基于FPGA的光接口1+1保护隔离型多业务以太网光端机

摘要

本发明公开了一种基于FPGA的光接口1+1保护隔离型多业务以太网光端机，包括光信号收发电路、电源电路和信号增强电路，信号增强电路包括第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈连接的节点与地之间耦接有电容C1，输入变压器的次级还耦接有共模电感，设置的共模电感可以抑制高速信号传输过程中的电磁波向外辐射干扰的相邻设备的信号传输，设置的电容C1作为抽头电容，结合电源电路提供一个直流偏置电压或功率源的作用，也可以通过提供差分线上共模噪声的低阻抗回流路径，降低线缆上共模电流和共模电压，这样设置的增强电路不仅可以增强光信号，实现传输距离的增长，而且还可以将输入变压器的两端进行隔离，这样可以防雷击。

说明书

技术领域

本发明涉及通信电路领域，更具体的说是涉及一种基于FPGA的光接口1+1保护隔离型多业务以太网光端机。

背景技术

在以往的工业通信领域中长距离的数据的通信都是通过电缆直接通信，为了达到几十上百公里距离传输需要在传输路径中加入许多的中继器，大大增加了组建成本。电缆通信在数据的传输过程中信号的衰减大、容易受到外界电磁场、电磁波的干扰，因此传输的距离短、况且通信电缆成本高、保密性能差。随着工业领域的不断发展，光纤已成为工业通信领域的主要传输介质。光纤具有抗干扰能力强、传输距离远、传输速率快、保密性能好、成本低等诸多优点从而解决了电缆传输的问题。

以太网的数据通过电缆进行传输在不加中继器的情况下最大距离为100米，而光纤不同它的传输距离能达到几百公里，因此现在比较流行光纤到楼、光纤到户，这也充分的体现出光纤的重要性。由此，光纤交换机被广泛应用于各种作业场合。

但是在交换机接收光纤信号后，需要传递给各个公司部门，现有的交换机并没有对其进行信号增强，这样一些距离交换机较远的部门接收网络信号时就会变差，可能导致传输过程中数据丢失或者中断的现象，这样就导致使用起来很不方便，如果再架设一台交换机有需要增加资金。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可以增强传递信号以便增加传输距离，增加稳定性，节约成本的基于FPGA的光接口1+1保护隔离型多业务以太网光端机。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于FPGA的光接口1+1保护隔离型多业务以太网光端机，包括光信号收发电路和电源电路，所述光信号收发电路耦接至电源电路，还包括信号增强电路，所述信号增强电路包括输入变压器和输出变压器，所述输入变压器的初级具有第一线圈和与第一线圈串联的第二线圈，所述第一线圈和第二线圈均具有正极和负极，所述第一线圈负极与第二线圈正极耦接，以将第一线圈和第二线圈串联，所述第一线圈的正极和第二线圈的负极耦接至光信号收发电路，所述第一线圈和第二线圈之间连接的节点还耦接至电源电路，且该节点与地之间耦接有电容C1，所述输入变压器的次级具有第三线圈和与第三线圈串联的第四线圈，所述第三线圈和第四线圈均具有正极和负极，所述第三线圈负极与第四线圈正极耦接，所述第三线圈还耦接有共模电感，所述共模电感具有两个输入端和两个输出端，所述共模电感的两个输入端分别耦接在第三线圈的正极和第四线圈的负极，所述共模电感的两个输出端耦接至外部通信接口。

作为本发明的进一步改进，所述信号增强电路上耦接有保护电路，所述保护电路包括静电保护芯片，所述静电保护芯片的各个引脚分别耦接至输入变压器和输出变压器。

作为本发明的进一步改进，所述第一线圈的正极和第二线圈的负极之间还耦接有相互串联的电阻Rl和电阻R2，所述电阻Rl和电阻R2之间连接的节点还耦接有电容C2后接地。

作为本发明的进一步改进，所述输入变压器和输出变压器的输入端还均耦接有接线夹片，所述第一线圈和第二线圈通过接线夹片与光信号收发电路耦接。

作为本发明的进一步改进，所述光信号收发电路包括光信号接收芯片和光信号处理芯片，所述光信号接收芯片和光信号处理芯片均耦接至电源电路以获取电源，所述光信号接收芯片与第一线圈的正极和第二线圈的负极耦接，以获取光信号或发送光信号，所述光信号接收芯片还与光信号处理芯片耦接，以将光信号接收进行译码后发送给光信号处理芯片或将光信号进行编码后发送给第一线圈的正极和第二线圈的负极，所述光信号处理芯片还与第一线圈的正极和第二线圈的负极均耦接，以发送光信号给第一线圈和第二线圈之后进行变压。

作为本发明的进一步改进，所述电源电路包括第一电源芯片、第二电源芯片和第三电源芯片，所述第一电源芯片具有出入端、输出端和接地端，该接地端接地，该输入端接外部低压电源，该输出端输出第一电源，该输出端与该接地端之间还耦接有电容C3，所述第一电源芯片的输出端耦接至第二电源芯片，所述光信号收发电路耦接于第二电源芯片，所述第三电源芯片耦接至第二电源芯片，所述第一线圈和第二线圈连接的节点耦接至第三电源芯片。

作为本发明的进一步改进，所述第二电源芯片具有输入端、输出端、反馈端、接地端和栅极控制端，该输入端接至第一电源芯片的输出端，该接地端接地，该栅极控制端耦接有电容C4后耦接至输出端，该输出端耦接有电感L1后耦接有电阻R3后耦接有电阻R4后接地，所述电阻R3和电阻R4连接的节点耦接有电阻R5后耦接至反馈端，所述电感L1和电阻R3连接的节点与地之间耦接有若干个电容，所述电感L1和电阻R3连接的节点输出第二电源，所述第三电源芯片耦接至电感Ll和电阻R3连接的节点，以获取第二电源。

本发明的有益效果，设置的共模电感可以抑制高速信号传输过程中的电磁波向外辐射干扰的相邻设备的信号传输，输入变压器的初级设置为第一线圈和第二线圈串联的形式，可以更加方便的引出线头耦接至电源，也可以更加准确的配置第一线圈和第二线圈的匝数比，也方便用户选择需要的匝数，可以选择第一线圈或/和第二线圈，同样的将输入变压器的次级设置为串联的第三线圈和第四线圈，这样也可以实现上述的效果，另外设置的电容C1作为抽头电容，可以结合第一线圈和第二线圈连接的节点连接的电源电路起到提供一个直流偏置电压或功率源的作用，也可以通过提供差分线上共模噪声的低阻抗回流路径，降低线缆上共模电流和共模电压，这样设置的增强电路不仅可以增强光信号，实现传输距离的增长，而且还可以将输入变压器的两端进行隔离，这样可以防雷击，输出变压器可以更具输入变压器配置相同的结构，这样既可将信号的输入与输出都进行优化。

附图说明

图1为本发明的信号增强电路图；

图2为本发明的光信号接收发电路图；

图3为本发明的电源电路电路图。

附图标记：1、光信号收发电路；11、光信号接收芯片；2、信号增强电路；21、输入变压器；211、第一线圈；212、第二线圈；213、第三线圈；214、第四线圈；22、输出变压器；3、共模电感；4、接线夹片；U1、静电保护芯片；U2、光信号处理芯片；U3、第一电源芯片；U4、第二电源芯片；U5、第三电源芯片；5、电源电路。

具体实施方式

下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。

参照图1、图2、图3所示，本实施例的一种基于FPGA的光接口l+l保护隔离型多业务以太网光端机，包括光信号收发电路1和电源电路5，所述光信号收发电路1耦接至电源电路5，还包括信号增强电路2，所述信号增强电路2包括输入变压器21和输出变压器22，所述输入变压器21的初级具有第一线圈211和与第一线圈211串联的第二线圈212，所述第一线圈211和第二线圈212均具有正极和负极，所述第一线圈2ll负极与第二线圈212正极耦接，以将第一线圈2ll和第二线圈212串联，所述第一线圈2ll的正极和第二线圈212的负极耦接至光信号收发电路l，所述第一线圈211和第二线圈212之间连接的节点还耦接至电源电路5，且该节点与地之间耦接有电容C1，所述输入变压器2l的次级具有第三线圈213和与第三线圈213串联的第四线圈214，所述第三线圈213和第四线圈214均具有正极和负极，所述第三线圈213负极与第四线圈214正极耦接，所述第三线圈213还耦接有共模电感3，所述共模电感3具有两个输入端和两个输出端，所述共模电感3的两个输入端分别耦接在第三线圈213的正极和第四线圈214的负极，所述共模电感3的两个输出端耦接至外部通信接口。

通过上述技术方案，用户通过光信号收发电路1向输入变压器21发送需要向外发送的光信号，该光信息通过差分方式传输到第一线圈211和第二线圈212相互远离的两端，这样信号通过输入变压器21的初级和次级的放大作用，就可以将该光信号增强，然后在第三线圈213和第四线圈214相互远离的两端进行输出，接着经过共模电感3后输出给外部的通信接口，同样的外部通信接口也可以采用相同的方式将外部通信接口的信号进行增强后传输给光信号收发电路l，这样可以起到中间信号的增强作用，设置的共模电感3可以抑制高速信号传输过程中的电磁波向外辐射干扰的相邻设备的信号传输，输入变压器21的初级设置为第一线圈211和第二线圈212串联的形式，可以更加方便的引出线头耦接至电源，也可以更加准确的配置第一线圈2l1和第二线圈212的匝数比，也方便用户选择需要的匝数，可以选择第一线圈211或/和第二线圈212，同样的将输入变压器21的次级设置为串联的第三线圈213和第四线圈214，这样也可以实现上述的效果，另外设置的电容C1作为抽头电容，可以结合第一线圈211和第二线圈212连接的节点连接的电源电路5起到提供一个直流偏置电压或功率源的作用，也可以通过提供差分线上共模噪声的低阻抗回流路径，降低线缆上共模电流和共模电压，这样设置的增强电路不仅可以增强光信号，实现传输距离的增长，而且还可以将输入变压器21的两端进行隔离，这样可以防雷击，输出变压器22可以更具输入变压器21配置相同的结构，这样既可将信号的输入与输出都进行优化。

作为改进的一种具体实施方式，所述信号增强电路2上耦接有保护电路，所述保护电路包括静电保护芯片Ul，所述静电保护芯片Ul的各个引脚分别耦接至输入变压器2l和输出变压器22

通过上述技术方案，静电保护芯片U1可以采用SLVU2.8-4型号的TVS二极管阵列，这款静电保护芯片Ul内部集成多个TVS二极管，通过将每个TVS二极管的正负极耦接至输入变压器2l的第一线圈2l1和第二线圈212相互远离的两端，这样就可以保护低电压电路不会受到因静电放电、雷闪以及其它毁灭性瞬间电压所造成的损坏或锁定，并且采用集成形式的静电保护芯片U1，这样就可以减小电路板的面积，有利于设备小型化，并且也方便提供给多个输入变压器21或输出变压器22使用，并且由于保护了信号增强电路的寿命，这样就可以保证信号增强的效果，不会再使用过程中突然信号变弱，导致数据传输丢失或失败。

作为改进的一种具体实施方式，所述第一线圈211的正极和第二线圈212的负极之间还耦接有相互串联的电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2之间连接的节点还耦接有电容C2后接地。

通过上述技术方案，设置的电阻R1和电阻R2作为阻抗匹配电阻，可以采用50Ω左右的数值电阻，在输出变压器22的上可以根据电阻R1和电阻R2的数值来连接对应的电阻，信号的输入和输出可以处于阻抗匹配状态，这样信号的传输可以获得最大功率，可以增强信号的强度，有利于信号的传输，设置的电容C2，可以进行滤波使电路更加稳定，减小干扰。

作为改进的一种具体实施方式，所述输入变压器21和输出变压器22的输入端还均耦接有接线夹片4，所述第一线圈211和第二线圈212通过接线夹片4与光信号收发电路1耦接。

通过上述技术方案，通过接线夹片4的可以采用夹片式的接线端子，这样各个电路可以模块化生产，然后通过导线和接线端子连接，而且还可以运用在其他电路的模块化生产中，这样方便了流水线生产，方便电路板的安装，使得生产流程更加有序，也提高了生产效率。

作为改进的一种具体实施方式，所述光信号收发电路1包括光信号接收芯片11和光信号处理芯片U2，所述光信号接收芯片11和光信号处理芯片U2均耦接至电源电路5以获取电源，所述光信号接收芯片11与第一线圈211的正极和第二线圈212的负极耦接，以获取光信号或发送光信号，所述光信号接收芯片11还与光信号处理芯片U2耦接，以将光信号接收进行译码后发送给光信号处理芯片U2或将光信号进行编码后发送给第一线圈211的正极和第二线圈212的负极，所述光信号处理芯片U2还与第一线圈211的正极和第二线圈212的负极均耦接，以发送光信号给第一线圈211和第二线圈212之后进行变压。

通过上述技术方案，信号增强电路2增强过的光信号被光信号接收芯片11接收之后传输给光信号处理芯片U2，然后光信号处理芯片U2将该光信号进行译码，译码后的信号再传输至内部其他芯片进行数据利用或者存储，同样的，电路中如果有需要向外发送的信号，该信号就可以先经过光信号处理芯片U2进行编码，然后再经过光信号接收芯片ll发送给输出变压器22，然后输出变压器22进行信号增强后发送给外部通信接口，这样设置的光信号接收芯片ll可以方便信号的接收，设置的光信号处理芯片U2可以对信号进行编码和译码，这样方便信号的传输和利用。

作为改进的一种具体实施方式，所述电源电路5包括第一电源芯片U3、第二电源芯片U4和第三电源芯片U5，所述第一电源芯片U3具有出入端、输出端和接地端，该接地端接地，该输入端接外部低压电源，该输出端输出第一电源，该输出端与该接地端之间还耦接有电容C3，所述第一电源芯片U3的输出端耦接至第二电源芯片U4，所述光信号收发电路l耦接于第二电源芯片U4，所述第三电源芯片U5耦接至第二电源芯片U4，所述第一线圈2ll和第二线圈212连接的节点耦接至第三电源芯片U5。

通过上述技术方案，第一电源芯片U3可以采用LDE50-5S3V3V型号，这款芯片外围电路简单，使用原理简单，可以减小电路板的体积，可以将5V的电源转换成3.3V输出，供3.3V的工作环境的的电路使用，该芯片的输入端输入5V电源，输出端输出3.3V的第一电源，设置的电容C3可以对第一电源进行滤波，这样可以是输出的第一电源更加稳定，改输出端还与第二电源芯片U4连接，这样输出的第一电源可以直接作为第二电源芯片U4的电源，第三电源芯片U5又连接至第二电源芯片U4，这样可以直接接受第二电源输出的电源，而第三电源芯片U5输出的电源可以接到第一线圈2ll和第二线圈212连接的节点，这样层级递减的连接方式，可以有效的避免每个电源芯片都连接至5V的电源，因为芯片从5V电源开始降压会产热，压差越大，产生的热量就越大，这样容易烧坏电路，缩短电路寿命。

作为改进的一种具体实施方式，所述第二电源芯片U4具有输入端、输出端、反馈端、接地端和栅极控制端，该输入端接至第一电源芯片U3的输出端，该接地端接地，该栅极控制端耦接有电容C4后耦接至输出端，该输出端耦接有电感L1后耦接有电阻R3后耦接有电阻R4后接地，所述电阻R3和电阻R4连接的节点耦接有电阻R5后耦接至反馈端，所述电感L1和电阻R3连接的节点与地之间耦接有若干个电容，所述电感Ll和电阻R3连接的节点输出第二电源，所述第三电源芯片U5耦接至电感L1和电阻R3连接的节点，以获取第二电源。

通过上述技术方案，第二电源芯片U4可以采用RT8299A电源芯片，其具有逐周期形式的限流机制可在输出短路时提供电路保护作用，缓启动机制则可消除启动瞬间的输入电流涌浪的问题；热关断的保护机制提供了可靠的、容错率高的操作情形；低电流消耗的关断模式则可断开与输出的连接，实现简易的电池供电系统中的电源管理；该芯片的输入端耦接至第一电源芯片U3的输出端，接收第一电源后进行通过芯片内部的触发器不断的进行通断，这样就可以形成脉冲，进而将接收到的第一电源进行降压后通过输出端进行输出，并且通过反馈端可以有效的将输出的第二电源的电压进行反馈，进而将第二电源的电压维持到一个稳定的数值，并且设置的栅极控制端与输出端之间设置有电容C4，这样当输出端输出的第二电源有较大的波动时，该波动就会穿透电容后进入到栅极控制端，这样栅极控制端就会控制内部驱动管进行断电，具有较好的保护作用，设置的电阻R3和电阻R4对输出端的电压进行分压，缩小电压的数值，另外经过电阻R5的限流，可以保护反馈引脚连接的电路，在电感L1和电阻R3的连接的节点与地之间耦接多个电容，这样可以对第二电源进行滤波，使得第二电源更加平滑稳定，第三电源芯片U5可以才用LM1117-ADJ以及与其配合的外围电路，可以通过外围电路的配置进行调整其输出的电源，这样就有着更加丰富的电压级，使得本电源电路5可以满足电路中的各种需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。