吳冰 王景國(guó) 李鵬 尹怡輝 賴金麟 王俊郎

【摘要】 本文通過(guò)D觸發(fā)器自身的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光開關(guān)硬件切換功能。對(duì)于光纖通信可以通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)光路備份，減小通信故障的時(shí)間，對(duì)于通信保障的實(shí)際應(yīng)用具有一定的意義和價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 D觸發(fā)器光開關(guān)光通信光備份

一、引言

光路切換是光纖通信系統(tǒng)中重要組成部分，主要指兩路或多路光信號(hào)的備份切換，以在主路光通道出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換至備份通道，保證系統(tǒng)的正常不間斷運(yùn)行?？刂乒忾_關(guān)切換是通過(guò)控制光開關(guān)引腳高低電平實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)軟件控制，也可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)光開關(guān)的自動(dòng)切換功能。

二、系統(tǒng)原理

此系統(tǒng)主要是利用D觸發(fā)器的記憶功能和邊沿觸發(fā)這兩大特征實(shí)現(xiàn)高低電平自動(dòng)轉(zhuǎn)換，繼而控制光開關(guān)切換。也就是當(dāng)一路光切斷后，光開關(guān)在D觸發(fā)器的控制下自動(dòng)切換到另一光路。其系統(tǒng)原理圖如下圖1所示。

光鏈路連通時(shí)，探測(cè)器探測(cè)到光，探測(cè)器模塊檢測(cè)到高電平，這時(shí)光開關(guān)不切換。當(dāng)光路由連通變?yōu)閿嚅_時(shí)，電平由高電平變換為低電平，這一瞬間變換相當(dāng)于一個(gè)下降沿觸發(fā)形式，通過(guò)這一改變可以觸發(fā)D觸發(fā)器改變電平，繼而控制光開關(guān)切換。如下圖2所示，探測(cè)器模塊檢測(cè)到電平由高電平變換為低電平所用時(shí)間可以推算出來(lái)。圖中每一格為1ms，故這一上升沿形式的變換時(shí)間大約為3ms。

2.1反向電路原理

市面上銷售的D觸發(fā)器一般為上升沿觸發(fā)，而有探測(cè)器模塊檢測(cè)有光至無(wú)光這一變換是由高電平變?yōu)榈碗娖?，屬于下降沿形式。故需要一個(gè)比較器芯片實(shí)現(xiàn)將下降沿轉(zhuǎn)化為上升沿的反向改變。

這里可以選擇LM2904低功耗雙運(yùn)算放大器，它可以作為比較器使用，設(shè)定一個(gè)參考電平，輸入電平與其進(jìn)行反相比較。當(dāng)輸入電平高于參考電平時(shí)，輸出低電平，當(dāng)輸入電平低于參考電平時(shí)，則輸出高電平。從而實(shí)現(xiàn)下降沿翻轉(zhuǎn)為上升沿。

2.2 D觸發(fā)器觸發(fā)電路原理

觸發(fā)器及由其組成的時(shí)序邏輯電路中，它的輸出狀態(tài)不僅決定于當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)，而且還與電路原來(lái)狀態(tài)有關(guān)，也就是時(shí)序電路具有記憶功能。

邊沿觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于CP邊沿（上升沿或下降沿）到達(dá)時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)，而與此邊沿時(shí)刻以前或以后的輸入狀態(tài)無(wú)關(guān)，因而可以提高它的可靠性和抗干擾能力。觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)類型有很多種，這里使用的是上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。

輸出端Q的狀態(tài)隨著輸入端D的狀態(tài)而變化，但總比輸入端狀態(tài)的變化晚一步，即某個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)到后Q的狀態(tài)和該脈沖來(lái)到前D的狀態(tài)一樣。[1]即

Qn+1=D

其邏輯狀態(tài)表見(jiàn)表1。

2.3繼電器驅(qū)動(dòng)原理

可以選用CD74HCT74雙上升沿D觸發(fā)器芯片，而光開關(guān)選用1*2機(jī)械式光開關(guān)，光開關(guān)控制引腳為引腳1和引腳10。當(dāng)1腳+5V、10腳為地的狀態(tài)下，光開關(guān)選擇第一路，當(dāng)1腳為地，10腳為+5V的狀態(tài)下，光開關(guān)切換到第二路。故使用的繼電器必須是雙刀雙擲繼電器，繼電器的公共引腳與光開關(guān)控制引腳相連。

D觸發(fā)器將控制電平先輸入到三極管的基極，若輸入的控制電平為高電平，則三極管的基極與發(fā)射極導(dǎo)通，三極管集電極約為0.7V的低電平電壓，此時(shí)會(huì)有電壓加載到繼電器線圈兩端，使繼電器線圈產(chǎn)生電流，吸附內(nèi)部開關(guān)切換，從而光開關(guān)切換。

若輸入的控制電平為低電平，則三極管中基極與發(fā)射極不導(dǎo)通，集電極處于高電平，繼電器線圈兩端電壓相同，則沒(méi)有電流流過(guò)線圈，繼電器無(wú)法吸附內(nèi)部開關(guān)切換。此時(shí)繼電器處于默認(rèn)狀態(tài)，光開關(guān)也處于默認(rèn)通路中。圖中電容、二極管為保護(hù)電路。

三、 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際的光通信過(guò)程中，存在光鏈路損壞的可能性。在要求通信連續(xù)可靠地情況下，就需要光路備份，有效地保證正常的通信。本文就此提出了通過(guò)D觸發(fā)器控制光開關(guān)自動(dòng)切換，具有可靠，低成本等優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)中具有實(shí)際的使用價(jià)值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]秦曾煌，電工學(xué)[M]6版.北京：高等教育出版社，2004.7