??? (1)CWDM/DWDM端的光收發(fā)模塊接收來(lái)自遠(yuǎn)端的光信號(hào)，經(jīng)CWDM/DWDM端的光收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)光傳輸時(shí)鐘、數(shù)據(jù)恢復(fù)控制電路進(jìn)行信號(hào)處理和同步時(shí)鐘整形后，將信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)送至用戶端端口。同樣，用戶端傳送過(guò)來(lái)的光信號(hào)以反方式轉(zhuǎn)換，將處理完善的光電信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)端的CWDM/DWDM光模塊。
??? (2)信息狀態(tài)電路通過(guò)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(cè)電路和MCU結(jié)合通過(guò)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(hào)。
??? (3)開(kāi)關(guān)設(shè)置電路是對(duì)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(hào)、接收光檢測(cè)信號(hào)SD等，主要是作為檢測(cè)信號(hào)提供給OPM作為光監(jiān)控模塊來(lái)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(hào)是16位數(shù)據(jù)總線、讀寫(xiě)信號(hào)總線、片選總線以及控制總線。主要是通過(guò)片選信號(hào)選通相應(yīng)的通道，通過(guò)16位數(shù)據(jù)總線讀取相應(yīng)的通道信息，由控制信號(hào)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(guò)I²C總線實(shí)現(xiàn)，通過(guò)I²C總線可以寫(xiě)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(zhǎng)范圍
??? CWDM波長(zhǎng)范圍：1 310 nm～1 610 nm選用11個(gè)波。
??? DWDM波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gòu)方便。
??? OTU模塊的時(shí)鐘，數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片選取美國(guó)的ADI公司的CDR(ADN2819)，此芯片主要的功能是將信號(hào)放大、處理、整形、再生，將信號(hào)進(jìn)行再處理，以確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)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(hào)線、網(wǎng)管信號(hào)線、片選信號(hào)線I²C數(shù)據(jù)總線以及讀寫(xiě)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(hào)的傳輸穩(wěn)定性。
??? 在OTU板上，4 A過(guò)載保險(xiǎn)起到過(guò)載保護(hù)作用，確保在過(guò)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(duì)雷擊問(wèn)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(duì)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(kāi)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(hào))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(hào)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(hào)線。
??? OTU模塊在設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮其安全性問(wèn)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(cè)范圍：-30～+20 dBm；
??? 光功率測(cè)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(duì)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(duì)2路光路測(cè)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(duì)數(shù)放大器輸出電壓之間近似線性關(guān)系。測(cè)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(cè)量對(duì)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(cè)量時(shí)，每測(cè)量到1個(gè)對(duì)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(lái)。
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(xiě)，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(hào)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(lái)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(hào)關(guān)系
??? MPC850對(duì)Flash、SDRAM、NVRAM送出片選信號(hào)和地址信號(hào)，開(kāi)始是從Flash執(zhí)行引導(dǎo)程序(經(jīng)由數(shù)據(jù)總線)，將寫(xiě)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(duì)于I²C總線上的器件，由于是處在一塊板卡上，沒(méi)有做片選的必要，對(duì)2個(gè)EEPROM和溫度傳感器的地址做編碼即可。送出地址信號(hào)，選擇唯一的I²C器件。
??? 對(duì)ATF1504送出各個(gè)板卡的片選信號(hào)，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)控制芯片對(duì)指定板卡的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀寫(xiě)。對(duì)各個(gè)板卡的讀寫(xiě)可以通過(guò)I2C總線進(jìn)行。
??? IP175A的基本功能是各個(gè)端口的交換(對(duì)各個(gè)端口的初始配置已由前圖給出)需要說(shuō)明的是，在AT89C2051對(duì)OSC相關(guān)的EEPROM進(jìn)行讀寫(xiě)的時(shí)候，將屏蔽MPC850對(duì)這個(gè)EEPROM進(jìn)行讀寫(xiě)(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(guò)網(wǎng)口與IP175A完成數(shù)據(jù)交換的功能。另外，MPC850通過(guò)ATF1504的數(shù)據(jù)鎖存部分完成對(duì)IP175A的工作狀態(tài)的讀取與寫(xiě)入控制。
3.2 接口要求及其信號(hào)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(hào)線。
??? (2)片選線：CS0~CS12網(wǎng)管通過(guò)地址線，再經(jīng)過(guò)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(guò)電流1.5 A。
??? (6)電源狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)：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(hào)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(duì)TP port的輸出，考慮了防雷的措施。對(duì)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(cè)點(diǎn)說(shuō)明
??? 各個(gè)電源電壓均有測(cè)試點(diǎn)；SFP封裝的光收發(fā)合一模塊的SD信號(hào)具有測(cè)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(hào)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(hào)(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。