CN114002786B - 一种高密度多通道星载光传输设备 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种高密度多通道星载光传输设备，包括壳体、主印制电路板和备份印制电路板，且印制电路板上均集成有电源电路、管理电路以及多路光电转换/电光转换电路，分别与主、备份印制电路板上光接口连接的两个波分复用器分别将主、备份印制电路板的多路光信号复用为一路输出或将外部输入的复用光波解复用后送至各个光电转换/电光转换电路；壳体上还设有同时与主、备份印制电路板上的电源电路连接的电源连接器及同时与主、备份印制电路板上的管理电路连接的控制连接器；控制连接器通过管理电路实现对主、备份印制电路板各光电转换/电光转换电路进行状态信息的监控检测和输出指标的调整，还通过管理电路实现主、备份印制电路板电源电路的切换。

Description

一种高密度多通道星载光传输设备

技术领域

本发明属于星载光传输设备技术领域，具体涉及一种高密度多通道星载光传输设备。

背景技术

基于光纤的光互连具有高带宽、低损耗、无串扰、电磁兼容好、体积小、重量轻等优点，在高速率数据传输方面获得了广泛应用展，随着信息化战争观测范围增大、图像分辨率提高、通信带宽提高和轻量化等要求，光通信技术逐步在宇航领域应用，以提高设备的抗干扰能力、通信带宽、信号传输速率等。而新一代卫星通信***将面临海量信息处理，光传输通道随之增加，目前采用光模块实现光传输，在大规模光传输需求下，传输密度已经不满足使用要求。

发明内容

为解决现有的星载光传输设备传输密度不足的问题，本发明提供一种新型结构的高密度多通道星载光传输设备，使其采用分离器件集成化设计，提高了集成度，有效的减小尺寸，且通过设置各自独立的主备份传输通道，进一步增强其可靠性，满足星载环境使用要求。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种高密度多通道星载光传输设备，包括壳体和分层设置在该壳体内的主印制电路板和备份印制电路板，且上述印制电路板上均集成有电源电路、管理电路以及多路光电转换/电光转换电路，其中位于壳体内的两个波分复用器分别与主、备份印制电路板上光电转换/电光转换电路的光接口连接，并分别将两个主、备份印制电路板上光电转换/电光转换电路转换的多路光信号复用为一路输出或将外部输入的复用光波解复用为单路光信号输送至各个光电转换/电光转换电路；所述壳体上还设有同时与主、备份印制电路板上的电源电路连接的电源连接器以及同时与主、备份印制电路板上的管理电路连接的控制连接器；所述控制连接器通过管理电路实现对主、备份印制电路板各光电转换/电光转换电路进行状态信息的监控检测和输出指标的调整，还通过管理电路实现主、备份印制电路板电源电路的切换。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述的主印制电路板和备份印制电路板上还集成有若干控制电路，每个控制电路均采用模拟串口模式分别控制两路光电转换/电光转换电路，且该控制电路接收并执行其所在印制电路板上的管理电路的控制命令。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述光电转换/电光转换电路的电光转换部分包括用于实现电信号向光信号转换的高速电接口、激光器、激光器驱动器、激光器偏置电路以及激光器调制电路，还包括串联在激光器上、用于控制激光器内部工作温度的自动温度控制电路和TEC控制电路。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述的控制电路通过串口连接激光器驱动器、限幅放大器以及自动温度控制电路，通过控制输出信号幅值，使得激光器输出光功率和光波长可调；通过控制激光器是否发光，调整主、备份印制电路板的传输通道数量。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述主印制电路板和备用印制电路板与壳体之间均设有用于实现热量传递的散热结构。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述的散热结构包括将电转换/电光转换电路中的光器件和发热器件压紧在印制电路板上的散热板和实现散热板与光器件、发热器件以及壳体之间热传导的导热胶垫。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述的散热板背离印制电路板的一侧设有用于供光纤穿过的阶梯型凹槽，该阶梯型凹槽中部设有供光纤穿过的通孔。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中壳体内印制电路板和波分复用器的光纤在进行对接时，先分别采用柔板并带技术合成多路12芯/24芯高密度微型光纤弹性接触件，再采用微型连接器实现两个高密度微型光纤弹性接触件的对接。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述的壳体由上壳体和下壳体扣合而成，且上壳体和下壳体均为由三个面组成的稳定的三角状态。

前述的高密度多通道星载光传输设备，其中所述的上壳体和下壳体在衔接处通过凹槽和凸起配合或在其中一端的接触面外侧设置围沿的方式增强抗电磁屏蔽性。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

本发明高密度多通道星载光传输设计为提高密度采用双层板设计，每块印制板实现完整独立的功能，一块为主份通道，一块为备份通道，物理分开，双备份，无单点，提高可靠性和维修性。

本发明印制板上直接集成激光器、激光器驱动器、激光器偏置电路、激光器调制电路、自动温度控制电路、TEC控制器电路、探测器、限幅放大器、控制电路、管理电路、电源电路以及高速电接口，实现多通道传输并通过波分复用器复用为一路复用光传输，使得该传输设备尺寸小、密度高。

本发明上下壳体分别由三个面组成稳定的三角状态,减小配合面,降低热阻,有利于真空环境的热传导，且装配过程，可视化程度高，提高装配便捷性。

本发明采用光柔板并带技术，将多路光纤并带，合成多路12芯/24芯高密度微型光纤弹性接触件，再使用微型连接器实现两个高密度微型光纤弹性接触件的对接，该连接方式实现了多路光纤的小型化对接，有效减小内部互连尺寸，与熔纤技术尺寸相当，但却增加了维修性。

附图说明

图1为本发明高密度多通道星载光传输设备的整体结构示意图；

图2为本发明高密度多通道星载光传输设备的剖视图；

图3为本发明高密度多通道星载光传输设备的上壳体示意图；

图4为本发明高密度多通道星载光传输设备的下壳体示意图；

图5为本发明高密度多通道星载光传输设备的散热部分示意图；

图6为本发明高密度多通道星载光传输设备的散热板结构示意图。

图7为本发明高密度多通道星载光传输设备的功能框图；

图8为本发明高密度多通道星载光传输设备的光电转换/电光转换电路的工作原理图。

【主要元件符号说明】

1：壳体

2：电连接器

3：光纤连接器

4：电源连接器

5：印制电路板

6：波分复用器

7：光电转换/电光转换电路

8：散热结构

9：散热板

10：导热胶垫

11：上壳体

12：下壳体

13：光器件

14：发热元器件

15：围沿

16：凸起

17：凹槽

18：支撑柱

19：固定螺栓

20：槽

21：控制连接器

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高密度多通道星载光传输设备其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1-8，其为本发明高密度多通道星载光传输设备的各部分结构示意图，该传输设备包括壳体1和位于该壳体1内的印制电路板5，该印制电路板5上集成有多路用于实现光信号和电信号之间转换的光电转换/电光转换电路7，该集成有光电转换/电光转换电路7的印制电路板5共有两块，其分层布置在壳体1内，两块印制电路板5及其上集成的电路完全一致，均能够实现完整独立的功能，一块为主份通道，一块为备份通道，物理分开，双备份，无单点，提高可靠性和维修性。

印制电路板5上单路光电转换/电光转换电路7的光接口输出的光信号为固定波长的光信号，为减少链路中光纤数量，优化***传输架构，本发明壳体1内还设有一个用于将主份通道的印制电路板5转换的多路光信号复用一路输出的波分复用器6，和另一个用于将备份通道的印制电路板5转换的多路光信号复用为一路输出的波分复用器6。

即主、备份通道的印制电路板5上光电转换/电光转换电路7的光接口分别连接在一个波分复用器6上，通过波分复用器6将该印制电路板上的多路光信号复用为一路传输，并通过固定在壳体1上的光纤连接器3实现与外界光信号的交互。所述壳体1上设有多个光纤连接器3，与其中一个波分复用器6连接的两个光纤连接器3分别实现复用为一路的光信号的输出和外部复用光波的输入。其中由外部输入的复用光波经波分复用器6解复用为单路光后传输至印制电路板进行光电转换，转换为电信号输出。本发明壳体1上还设有备用的光纤连接器3。本发明波分复用器6采用集成化设计，将复用与解复用集成，以减小尺寸。

所述壳体1上还设有与分别与集成在上层和下层印制电路板5上的光电转换/电光转换电路7的高速电接口连接的两个电连接器2。

所述壳体1上设有用于为所述提供电源的电源接口4和用于实现主、备份通道状态监控和控制的管理连接器21。

由于电转换/电光转换电路7中的光器件功率大、热耗高，在星载环境中使用时需要将热量有效传导至壳体。为解决该问题，本发明印制电路板5和壳体1之间还设有用于实现两印制电路板5在壳体1内支撑的散热结构8，该散热结构8包括散热板9和导热胶垫10，其中散热板9位于壳体1内壁和电转换/电光转换电路7中的光器件13(如激光器和探测器)和发热器件14(如激光器驱动器)之间，不仅能够将光器件13和发热器件14压紧在印制电路板上，增强其固定，使光器件满足星载环境的力学性能要求；而且能够将光器件13和发热器件14散发的热量传递至壳体1，从而加快印制电路板的散热。所述散热板9与壳体1之间以及与光器件13和发热器件14之间还设有导热胶垫10，以增强导热效果。

在本发明实施例中，所述散热板9背离印制电路板5的一侧还设有用于供光纤穿过的槽20，且该散热板9上还设有用于供光纤穿至印制电路板侧的通孔。在本发明实施例中，所述散热板9上的槽20为阶梯型凹槽，该阶梯型凹槽中部设有供光纤穿过的通孔。本发明阶梯型凹槽的设计可以使大量的光纤可以平缓通过散热板，避免由于空间较小造成光纤过度弯曲损伤。为保留散热板与壳体的接触面积，保证热量有效传导至壳体上，本发明阶梯凹槽的宽度尽量小。

本发明传输设备内部集成多路高密度光电转换/电光转换电路，为实现该光电转换/电光转换电路与波分复用器6的连接，引出大量光纤互连，其采用光柔板并带技术，将印制电路板端和波分复用器端的多路光纤并带，合成多路12芯/24芯高密度微型光纤弹性接触件，再使用微型连接器实现两个高密度微型光纤弹性接触件的对接，该连接方式实现了多路光纤的小型化对接，有效减小内部互连尺寸，与熔纤技术尺寸相当，但却增加了维修性。

在本发明实施例中，两块印制电路板5同通过固定螺栓19间隔固定后，再支撑固定在壳体内部的支撑柱18上。所述散热结构8在实现壳体内散热的同时还增强上述印制电路板5及其上集成电路在壳体内的固定。

本发明光电转换/电光转换电路7包括电光转换部分和光电转换部分，其中所述电光转换部分包括高速电接口、激光器、激光器驱动器、激光器偏置电路和激光器调制电路，其中所述高度电接口与壳体1上的电连接器2连接，接收外部传输的高速电信号，激光器驱动器输入端接收该高速电信号，由该激光器驱动器输出的偏置电流经激光器偏置电路连接激光器，驱动激光器发光；由激光器驱动器输出的调制信号经由激光器调制电路连接激光器，采用幅度调制的方式将电信号调制在输出光上，该激光器的输出端与波分复用器6连接，经波分复用器整合后的光经光纤连接器3输出至外部，由此完成电信号向光信号的转换。

在本发明实施例中，所述电光转换部分还包括自动温度控制电路和TEC控制电路，激光器中的温度传感器输出端连接自动温度控制电路，该自动温度控制电路输出端连接TEC控制电路，该TEC控制电路输出端连接激光器。所述自动温度控制电路和TEC控制电路用于控制激光器内部工作温度，保证激光器输出光波长稳定性，波长间隔可达到200GHz。

所述光电转换部分包括探测器和限幅放大器，其中所述探测器的输入端与波分复用器6连接，通过波分复用器接收并解复用光纤连接器3传输的光信号，并将该光信号转为电信号，进行一级放大后输出至限幅放大器，该限幅放大器将电信号进行二次放大和整形，最终通过电连接器2输出高速差分信号，完成光信号向电信号的转换。

在本发明实施例中，所述光电转换/电光转换电路7均有8路，且光电转换部分的传输速率达到10.3125Gbps，主份备份共计16路，实现165G传输容量。

为提高集成度，本发明印制电路板5上还集成有若干用于控制光电转换/电光转换电路7的控制电路，每个控制电路采用模拟串口模式分别控制两路光电转换/电光转换电路7，该印制电路板5通过其上的多路控制电路将多路光电转换/电光转换电路7实现的多通道光传输按照两通道进行电路单元最小化，提高集成度。在本发明实施例中，每个印制电路板5上设有4路控制电路，由4路控制电路实现对8路光电转换/电光转换电路7的控制。

所述控制电路通过串口连接激光器驱动器、限幅放大器以及自动温度控制电路，控制输出信号幅值，从而使得激光器输出光功率和光波长可调，并可以控制激光器发光，通过配置，可使得产品传输通道数量变化，以降低在不同应用情况下的功耗。本发明控制电路连接各部分使能，能够设计产品的使能时序，有效降低过冲电流，提高工作稳定性，降低对电源***的要求，提高产品适应性。

所述印制电路板5上还集成有电源电路和管理电路，其中电源电路用于为电光转换/光电转换电路7和控制电路提供电源，且该电源电路能够对星载设备提供的二次电源进行处理，具备主备份电源切换功能。本发明两块印制电路板5的电源电路均与壳体1上的同一个电源连接器连接，通过电源电路实现主印制电路板和备印制电路板电源的切换。

所述管理电路用于收集各路光电转换/电光转换电路和控制电路的状态信息，将状态信息进行打包、处理，通过串口上报，可对设备内部的工作温度、工作电压、激光器配置参数、激光器发光功率、探测器接收光功率进行检测上报，为***健康管理提供详细参数；同时，管理电路可通过串口向各光电转换/电光转换电路、控制电路和电源电路下发控制命令，进行输出指标的调整、通道的关断。

在本发明实施例中，所述壳体1由上壳体11和下壳体12扣合而成，所述上壳体11和下壳体12均为由三个面组成的稳定的三角状态，其中上壳体1其包括上表面、后面板以及左侧板；所述下壳体12包括下底面、前面板以及右侧板，其中前面板和右侧面上需要安装连接器。由于上壳体11为稳定的三角状态，牢固稳定，且形成的表面积大，因为不需要固定连接器，仅起热量传导的作用，因此在上壳体装配之前，产品内部已装配完毕，仅作为最后一步进行装配。下壳体的三个面同样组成稳定的三角状态，且下底面紧贴产品安装板，热量可由下底板直接传导至产品安装板上。

本发明主、备份印制电路板上高密度分布的光电转换/电光转换电路7的热量分别通过产品上壳体11的上表面和下壳体12的下表面进行传导散热。

本发明上壳体11和下壳体12的衔接处设有用于增大产品的抗电磁屏蔽性的机械结构。由于下壳体的前面板和右侧板需要安装连接器，且连接器均为板后安装，对安装面板的厚度有要求，并结合连接器的安装位置，下壳体上无法通过机械结构实现产品的抗电磁屏蔽性，只能在上盖板上增加凸起实现电磁屏蔽。即本发明通过在上壳体11的上表面与下壳体12连接处的外边缘设有用于挡在上表面与前面板和右侧板接触面外侧的围沿15，该围沿15能够增强上表面与前面板和右侧面连接处的抗电磁屏蔽性。

本发明上壳体和下壳体其他衔接位置均通过凹槽和凸起的配合实现抗电磁屏蔽性。具体的，所述下底面的后边缘和左边缘以及右侧板的后边缘均设有凹槽17，所述左侧板和后面板的相应位置设有与该凹槽适配的凸起16，所述左侧板、右侧板、后面板以及下底面之间通过凸起16与凹槽17的配合实现衔接处的抗电磁屏蔽性。所述上壳体11和下壳体12通过其上设置的具有螺钉孔的凸耳的连接实现固定。

本发明区别于一般星载设备的单层板设计，高密度多通道星载光传输设计为提高密度，采用双层板设计，每块印制板实现完整独立的功能，一块为主份通道，一块为备份通道，物理分开，双备份，无单点，提高可靠性。产品具有维修性，当主、备印制板部件中任意一块出现损坏，可以进行快速更换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，包括壳体和分层设置在该壳体内的主印制电路板和备份印制电路板，且上述印制电路板上均集成有电源电路、管理电路以及多路光电转换/电光转换电路，其中位于壳体内的两个波分复用器分别与主、备份印制电路板上光电转换/电光转换电路的光接口连接，并分别将主、备份印制电路板上光电转换/电光转换电路转换的多路光信号复用为一路输出或将外部输入的复用光波解复用为单路光信号输送至各个光电转换/电光转换电路；所述壳体上还设有同时与主、备份印制电路板上的电源电路连接的电源连接器以及同时与主、备份印制电路板上的管理电路连接的控制连接器；所述控制连接器通过管理电路实现对主、备份印制电路板各光电转换/电光转换电路进行状态信息的监控检测和输出指标的调整，还通过管理电路实现主、备份印制电路板电源电路的切换。

2.根据权利要求1所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述的主印制电路板和备份印制电路板上还集成有若干控制电路，每个控制电路均采用模拟串口模式分别控制两路光电转换/电光转换电路，且该控制电路接收并执行其所在印制电路板上的管理电路的控制命令。

3.根据权利要求2所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述光电转换/电光转换电路的电光转换部分包括用于实现电信号向光信号转换的高速电接口、激光器、激光器驱动器、激光器偏置电路以及激光器调制电路，还包括串联在激光器上、用于控制激光器内部工作温度的自动温度控制电路和TEC控制电路。

4.根据权利要求3所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述的控制电路通过串口连接激光器驱动器、限幅放大器以及自动温度控制电路，通过控制输出信号幅值，使得激光器输出光功率和光波长可调；通过控制激光器是否发光，调整主、备份印制电路板的传输通道数量。

5.根据权利要求1所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述主印制电路板和备用印制电路板与壳体之间均设有用于实现热量传递的散热结构。

6.根据权利要求5所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述的散热结构包括将电转换/电光转换电路中的光器件和发热器件压紧在印制电路板上的散热板和实现散热板与光器件、发热器件以及壳体之间热传导的导热胶垫。

7.根据权利要求6所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述的散热板背离印制电路板的一侧设有用于供光纤穿过的阶梯型凹槽，该阶梯型凹槽中部设有供光纤穿过的通孔。

8.根据权利要求7所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中印制电路板和波分复用器上的光纤在进行对接时，先采用柔板并带技术合成多路12芯/24芯高密度微型光纤弹性接触件，再采用微型连接器实现两个高密度微型光纤弹性接触件的对接。

9.根据权利要求1所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述的壳体由上壳体和下壳体扣合而成，且上壳体和下壳体均为由三个面组成的稳定的三角状态。

10.根据权利要求9所述的高密度多通道星载光传输设备，其特征在于，其中所述的上壳体和下壳体在衔接处通过凹槽和凸起配合或在其中一端的接触面外侧设置围沿的方式增强抗电磁屏蔽性。

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