??? (1)CWDM/DWDM端的光收發(fā)模塊接收來自遠(yuǎn)端的光信號,，經(jīng)CWDM/DWDM端的光收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為電信號,，經(jīng)光傳輸時(shí)鐘、數(shù)據(jù)恢復(fù)控制電路進(jìn)行信號處理和同步時(shí)鐘整形后,，將信號轉(zhuǎn)送至用戶端的光收發(fā)模塊,，該用戶端光收發(fā)模塊將處理后的電信號轉(zhuǎn)換成光信號送至用戶端端口。同樣,，用戶端傳送過來的光信號以反方式轉(zhuǎn)換,，將處理完善的光電信號發(fā)送至遠(yuǎn)端的CWDM/DWDM光模塊。
??? (2)信息狀態(tài)電路通過I2C總線的形式向網(wǎng)管提供OTU狀態(tài)信息,，同時(shí)光傳輸檢測電路和MCU結(jié)合通過相關(guān)接口電路向網(wǎng)管提供模塊的相關(guān)工作狀態(tài)及控制信號,。
??? (3)開關(guān)設(shè)置電路是對光傳輸控制電路進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，以控制相關(guān)器件及模塊傳輸?shù)墓ぷ鳡顟B(tài),。
　　(4)CWDM/DWDM光收發(fā)模塊,、用戶端的光收發(fā)模塊、接口主信號,、接收光檢測信號SD等,，主要是作為檢測信號提供給OPM作為光監(jiān)控模塊來監(jiān)控光功率和光復(fù)用段的保護(hù)等。
??? (5)網(wǎng)管接口電路與接口的主要信號是16位數(shù)據(jù)總線,、讀寫信號總線,、片選總線以及控制總線。主要是通過片選信號選通相應(yīng)的通道,，通過16位數(shù)據(jù)總線讀取相應(yīng)的通道信息,，由控制信號控制16位數(shù)據(jù)總線進(jìn)行設(shè)置通道的功能。
??? (6)信息狀態(tài)電路與接口是通過I²C總線實(shí)現(xiàn),，通過I²C總線可以寫入及讀取模塊信息,，同時(shí)SFP模塊的光收發(fā)模塊的單元可以讀取SFP模塊的接收光功率，發(fā)送光功率,、工作電壓,、工作溫度及偏置電流。
??? (7)指示電路指示相應(yīng)模塊及部分電路的工作狀態(tài),。
1.2 設(shè)計(jì)波長范圍
??? CWDM波長范圍：1 310 nm～1 610 nm選用11個(gè)波,。
??? DWDM波長范圍：1 528.77 nm～1 534.25 nm選用8個(gè)波,。
??? 它們排列組合后DWDM的8個(gè)波長插入CWDM，1 530 nm作混合波,，1 310 nm和1 550 nm作為雙窗口波,，系統(tǒng)總共是由18個(gè)波長組成。
1.3 關(guān)鍵元器件選定
??? OTU主要是整個(gè)系統(tǒng)的傳輸部分,，所以選定元器件的原則是需要保證傳輸部分可靠,、連續(xù)運(yùn)行、長時(shí)穩(wěn)定,；高可靠光收發(fā)模塊芯片,、時(shí)鐘芯片、數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片,。
??? OTU模塊采用的光模塊主要考慮2種封裝：
　　(1)SFP封裝(小型可插拔的),，主要考慮替換模塊和使用操作都要方便，可以隨時(shí)更換所需的波長及速率,；
??? (2)1×9的固定式光收發(fā)模塊,，此類型模塊應(yīng)用較廣，采購方便,。
??? OTU模塊的時(shí)鐘,，數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片選取美國的ADI公司的CDR(ADN2819)，此芯片主要的功能是將信號放大,、處理,、整形、再生,，將信號進(jìn)行再處理,，以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程的穩(wěn)定性及可靠性。
1.4 接口要求
??? OTU與背板的接口采用歐式的96針插座,， OTU采用公式插座,，背板采用母式插座。接口部分采用16位數(shù)據(jù)信號線,、網(wǎng)管信號線,、片選信號線I²C數(shù)據(jù)總線以及讀寫控制總線。
1.5 器件安全性設(shè)計(jì)
??? 所采用的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片ADN2819的典型低功耗值為540 mW,，減少了板上發(fā)熱現(xiàn)象,，保證了信號的傳輸穩(wěn)定性。
??? 在OTU板上,，4 A過載保險(xiǎn)起到過載保護(hù)作用,，確保在過載情況下保護(hù)板上的主要器件不受損壞。加上2 kV防雷電容,，可以同時(shí)應(yīng)對雷擊問題,。
1.6 OTU PCB板設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想
??? 在PCB設(shè)計(jì)中,，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，由于考慮OTU模塊作為設(shè)備的主要傳輸部分模塊,，對可靠性,、穩(wěn)定性要求較高，同時(shí)4個(gè)光模塊共板,，加上4個(gè)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片,、網(wǎng)管電路及開關(guān)設(shè)置鎖存電路等芯片較多，故而應(yīng)特別重視PCB布線的高頻特性,。
??? 布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定,，OTU模塊布線主要是微帶線(差分信號)的布線設(shè)計(jì)，需先保證微帶線的布局合理,，保證高頻信號的可靠,、正常傳輸，因此,，應(yīng)優(yōu)先考慮布微帶線，之后再布其他信號線,。
??? OTU模塊在設(shè)計(jì)過程中需考慮其安全性問題,，因此OTU模塊增加了防雷措施，同時(shí)考慮大面積鋪地,，也考慮在PCB模塊的上下外邊框加裝金屬地線導(dǎo)電條,，將干擾和靜電導(dǎo)入機(jī)殼。
2 系統(tǒng)OPMS模塊方案設(shè)計(jì)
2.1 性能指標(biāo)
??? 光功率監(jiān)測范圍：-30～+20 dBm,；
??? 光功率測量精度：1 dB,；
??? 光保護(hù)倒換時(shí)間：<50 ms。
2.2 模塊設(shè)計(jì)框架
??? 模塊框架如圖2所示,。

??? 圖2中OPM功能塊部分原理如圖3所示,。

2.3 新器件選用和認(rèn)證
??? 選用光電對數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片ADL53102，它有2個(gè)獨(dú)立的光接口通道,，可同時(shí)對2路光路測量,。PIN管的響應(yīng)電流和輸入光功率具有如圖4所示特性：光電流-光功率曲線近似線性關(guān)系，由此可以推斷出PIN管輸入光功率(單位dBm)和對數(shù)放大器輸出電壓之間近似線性關(guān)系,。測試結(jié)果如圖5所示,，可以證明以上器件的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以采用。

??? 利用光功率計(jì)計(jì)量輸入到模塊PIN管之光強(qiáng),，再測量對數(shù)放大器的輸出電壓,，得到1張光功率/輸出電壓表。再根據(jù)這張表擬合出1條輸出電壓/光功率直線,。當(dāng)進(jìn)行光功率測量時(shí),，每測量到1個(gè)對數(shù)放大器輸出電壓,，則可利用已知直線計(jì)算出光功率來。
2.4 關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)
??? (1)單片機(jī)控制,。利用P89C668實(shí)現(xiàn),，內(nèi)含64 KB程序存儲(chǔ)器(Flash)、8 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),，支持ISP編程,，控制程序采用KEIL C51編寫，并采用KEIL C51的RTXTINY51實(shí)現(xiàn)多任務(wù)處理,。
??? (2)光電流放大,。利用ADL5310實(shí)現(xiàn)。
??? (3)A/D轉(zhuǎn)換,。利用MAX127實(shí)現(xiàn),。
2.5 單元接口
??? (1)光電流/電壓轉(zhuǎn)換和放大：利用ADL5310構(gòu)成。
??? (2)低通濾波：利用TL082構(gòu)成低通Butterworth濾波器,。
??? (3)A/D轉(zhuǎn)換：采用12位AD轉(zhuǎn)換器芯片MAX127,，利用其I2C協(xié)議接口和MCU模擬的I2C接口通信。信號有SDAMAX128和SCLMAX128,。
??? (4)MCU(P89C668)控制及與網(wǎng)管卡的接口：利用P89C668本身的I²C接口的中斷機(jī)制和網(wǎng)管卡通信,，將采集到的光功率信息傳遞給網(wǎng)管卡，并接收網(wǎng)管卡發(fā)來的命令信息,，控制光功率信息的采集,。
2.6 PCB及安全措施
??? PCB板周圍布1圈接大地線，螺絲孔也接大地,。
3 MCU硬件設(shè)計(jì)
??? 模塊原理框圖如圖6所示,。

3.1 框圖中單元之間主要信號關(guān)系
??? MPC850對Flash、SDRAM,、NVRAM送出片選信號和地址信號,，開始是從Flash執(zhí)行引導(dǎo)程序(經(jīng)由數(shù)據(jù)總線)，將寫入Flash的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序加載到SDRAM,，引導(dǎo)程序隨后將控制權(quán)交給系統(tǒng)入口程序,，然后執(zhí)行應(yīng)用程序。
??? 對于I²C總線上的器件,，由于是處在一塊板卡上,，沒有做片選的必要，對2個(gè)EEPROM和溫度傳感器的地址做編碼即可,。送出地址信號,，選擇唯一的I²C器件。
??? 對ATF1504送出各個(gè)板卡的片選信號，同時(shí)通過數(shù)據(jù)控制芯片對指定板卡的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀寫,。對各個(gè)板卡的讀寫可以通過I2C總線進(jìn)行,。
??? IP175A的基本功能是各個(gè)端口的交換(對各個(gè)端口的初始配置已由前圖給出)需要說明的是，在AT89C2051對OSC相關(guān)的EEPROM進(jìn)行讀寫的時(shí)候,，將屏蔽MPC850對這個(gè)EEPROM進(jìn)行讀寫(在AT89C2051的輸出端電路上實(shí)現(xiàn)),。
??? MPC850與IP175A的聯(lián)系，主要是MPC850通過網(wǎng)口與IP175A完成數(shù)據(jù)交換的功能,。另外,，MPC850通過ATF1504的數(shù)據(jù)鎖存部分完成對IP175A的工作狀態(tài)的讀取與寫入控制。
3.2 接口要求及其信號定義
??? 由于MCU與OSC處于同一塊板卡上,，所以2個(gè)模塊之間的接口融為一體,，并設(shè)置特別接口。而整個(gè)板卡的接口定義如下：
??? (1)數(shù)據(jù)線：D0～D15,；bus_rev2～bus_rev15,，預(yù)留的信號線。
??? (2)片選線：CS0~CS12網(wǎng)管通過地址線,，再經(jīng)過譯碼器,，則可譯出多個(gè)片選。CS_rev1,、CS_rev2為預(yù)留的片選,。
??? (3)控制線：OE1、OE2,、OE3、RD,、WR,、SWR。
??? (4)I2C時(shí)鐘/數(shù)據(jù)線：SCLK,、SDAT,。
??? (5)電源：±12 V、+5 V,，每針可通過電流1.5 A,。
??? (6)電源狀態(tài)檢測信號：VCCA1(電源1，交流),，VCCD1(電源1,，直流)；VCCA2(電源2,，交流),，VCCD2(電源2，直流)。
??? (7)±12V地 GND_C,；大地S_GND,；信號地GND。
3.3 關(guān)鍵硬件選擇
??? 本設(shè)計(jì)中關(guān)鍵元器件有門陣列,、交換芯片,。門陣列涉及到軟件的應(yīng)用，在保證穩(wěn)定可靠的前提下,，選用軟件操作所熟悉的芯片,，本設(shè)計(jì)選用為ATF1504；交換芯片在市面上已經(jīng)成熟,，可根據(jù)功能需要選用合適價(jià)位的芯片,，本設(shè)計(jì)選型為IP175A。
3.4 模塊安全性設(shè)計(jì)
??? 對TP port的輸出,，考慮了防雷的措施,。對于電源的輸入，采用限流的保險(xiǎn)絲防止電網(wǎng)峰值電流的影響,。重要的防雷電路采用接大地的措施,。
3.5 原理設(shè)計(jì)中監(jiān)測點(diǎn)說明
??? 各個(gè)電源電壓均有測試點(diǎn)；SFP封裝的光收發(fā)合一模塊的SD信號具有測試點(diǎn),。
4 系統(tǒng)背板方案設(shè)計(jì)
??? 系統(tǒng)背板設(shè)計(jì)為插卡式,；系統(tǒng)供電采用集中式供電，要求1+1熱備份,，且可熱插拔,。
4.1 功能
??? 背板提供各功能模塊卡(OTU、MCU,、OPM/OPS,、網(wǎng)管)信號的連接接口、功能卡供電的電源接口及電源模塊的接口,。此外背板還要提供機(jī)箱管理信號(電源,、風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài))給網(wǎng)管卡。
??? 背板為個(gè)卡提供±12 V,、+5 V工作電壓,。
4.2 背板單元設(shè)計(jì)
??? 背板總線圖如圖7所示。