通過D觸發(fā)器實現(xiàn)光開關(guān)的自動切換

吳冰 王景國 李鵬 尹怡輝 賴金麟 王俊郎

【摘要】 本文通過D觸發(fā)器自身的特點實現(xiàn)光開關(guān)硬件切換功能。對于光纖通信可以通過這種方式實現(xiàn)光路備份，減小通信故障的時間，對于通信保障的實際應(yīng)用具有一定的意義和價值。

【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的備份切換，以在主路光通道出現(xiàn)故障時自動切換至備份通道，保證系統(tǒng)的正常不間斷運行?？刂乒忾_關(guān)切換是通過控制光開關(guān)引腳高低電平實現(xiàn)，可以通過軟件控制，也可以通過硬件實現(xiàn)。本文主要介紹通過硬件實現(xiàn)光開關(guān)的自動切換功能。

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)這兩大特征實現(xiàn)高低電平自動轉(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，探測器探測到光，探測器模塊檢測到高電平，這時光開關(guān)不切換。當(dāng)光路由連通變?yōu)閿嚅_時，電平由高電平變換為低電平，這一瞬間變換相當(dāng)于一個下降沿觸發(fā)形式，通過這一改變可以觸發(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，探測器模塊檢測到電平由高電平變換為低電平所用時間可以推算出來。圖中每一格為1ms，故這一上升沿形式的變換時間大約為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)，而有探測器模塊檢測有光至無光這一變換是由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑢儆谙陆笛匦问?。故需要一個比較器芯片實現(xiàn)將下降沿轉(zhuǎn)化為上升沿的反向改變。

這里可以選擇LM2904低功耗雙運算放大器，它可以作為比較器使用，設(shè)定一個參考電平，輸入電平與其進行反相比較。當(dāng)輸入電平高于參考電平時，輸出低電平，當(dāng)輸入電平低于參考電平時，則輸出高電平。從而實現(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)器及由其組成的時序邏輯電路中，它的輸出狀態(tài)不僅決定于當(dāng)時的輸入狀態(tài)，而且還與電路原來狀態(tài)有關(guān)，也就是時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）到達時刻輸入信號的狀態(tài)，而與此邊沿時刻以前或以后的輸入狀態(tài)無關(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，即某個時鐘脈沖來到后Q的狀態(tài)和該脈沖來到前D的狀態(tài)一樣。[1]即

Qn+1=D

其邏輯狀態(tài)表見表1。

2.3繼電器驅(qū)動原理

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，此時會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，則沒有電流流過線圈，繼電器無法吸附內(nèi)部開關(guān)切換。此時繼電器處于默認狀態(tài)，光開關(guān)也處于默認通路中。圖中電容、二極管為保護電路。

三、 結(jié)束語

在實際的光通信過程中，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D觸發(fā)器控制光開關(guān)自動切換，具有可靠，低成本等優(yōu)勢，在產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)中具有實際的使用價值。

參 考 文 獻

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