通過D觸發器實現光開關的自動切換

吳冰 王景國 李鵬 尹怡輝 賴金麟 王俊郎

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

【關鍵詞】 D觸發器光開關光通信光備份

一、引言

光路切換是光纖通信系統中重要組成部分，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故障時自動切換至備份通道，保證系統的正常不間斷運行。控制光開關切換是通過控制光開關引腳高低電平實現，可以通過軟件控制，也可以通過硬件實現。本文主要介紹通過硬件實現光開關的自動切換功能。

二、系統原理

此系統主要是利用D觸發器的記憶功能和邊沿觸發這兩大特征實現高低電平自動轉換，繼而控制光開關切換。也就是當一路光切斷后，光開關在D觸發器的控制下自動切換到另一光路。其系統原理圖如下圖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，這時光開關不切換。當光路由連通變為斷開時，電平由高電平變換為低電平，這一瞬間變換相當于一個下降沿觸發形式，通過這一改變可以觸發D觸發器改變電平，繼而控制光開關切換。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觸發器一般為上升沿觸發，而有探測器模塊檢測有光至無光這一變換是由高電平變為低電平，屬于下降沿形式。故需要一個比較器芯片實現將下降沿轉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，設定一個參考電平，輸入電平與其進行反相比較。當輸入電平高于參考電平時，輸出低電平，當輸入電平低于參考電平時，則輸出高電平。從而實現下降沿翻轉為上升沿。

2.2 D觸發器觸發電路原理

觸發器及由其組成的時序邏輯電路中，它的輸出狀態不僅決定于當時的輸入狀態，而且還與電路原來狀態有關，也就是時序電路具有記憶功能。

邊沿觸發器的次態僅取決于CP邊沿（上升沿或下降沿）到達時刻輸入信號的狀態，而與此邊沿時刻以前或以后的輸入狀態無關，因而可以提高它的可靠性和抗干擾能力。觸發器的結構類型有很多種，這里使用的是上升沿觸發的D觸發器。

輸出端Q的狀態隨著輸入端D的狀態而變化，但總比輸入端狀態的變化晚一步，即某個時鐘脈沖來到后Q的狀態和該脈沖來到前D的狀態一樣。[1]即

Qn+1=D

其邏輯狀態表見表1。

2.3繼電器驅動原理

可以選用CD74HCT74雙上升沿D觸發器芯片，而光開關選用1*2機械式光開關，光開關控制引腳為引腳1和引腳10。當1腳+5V、10腳為地的狀態下，光開關選擇第一路，當1腳為地，10腳為+5V的狀態下，光開關切換到第二路。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控制引腳相連。

D觸發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射極導通，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，使繼電器線圈產生電流，吸附內部開關切換，從而光開關切換。

若輸入的控制電平為低電平，則三極管中基極與發射極不導通，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，繼電器無法吸附內部開關切換。此時繼電器處于默認狀態，光開關也處于默認通路中。圖中電容、二極管為保護電路。

三、 結束語

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觸發器控制光開關自動切換，具有可靠，低成本等優勢，在產品研發生產中具有實際的使用價值。

參 考 文 獻

[1]秦曾煌，電工學[M]6版.北京：高等教育出版社，2004.7