通过D触发器实现光开关的自动切换

吴冰 王景国 李鹏 尹怡辉 赖金麟 王俊郎

【摘要】 本文通过D触发器自身的特点实现光开关硬件切换功能。对于光纤通信可以通过这种方式实现光路备份，减小通信故障的时间，对于通信保障的实际应用具有一定的意义和价值。

【关键词】 D触发器光开关光通信光备份

一、引言

光路切换是光纤通信系统中重要组成部分，主要指两路或多路光信号的备份切换，以在主路光通道出现故障时自动切换至备份通道，保证系统的正常不间断运行。控制光开关切换是通过控制光开关引脚高低电平实现，可以通过软件控制，也可以通过硬件实现。本文主要介绍通过硬件实现光开关的自动切换功能。

二、系统原理

此系统主要是利用D触发器的记忆功能和边沿触发这两大特征实现高低电平自动转换，继而控制光开关切换。也就是当一路光切断后，光开关在D触发器的控制下自动切换到另一光路。其系统原理图如下图1所示。

光链路连通时，探测器探测到光，探测器模块检测到高电平，这时光开关不切换。当光路由连通变为断开时，电平由高电平变换为低电平，这一瞬间变换相当于一个下降沿触发形式，通过这一改变可以触发D触发器改变电平，继而控制光开关切换。如下图2所示，探测器模块检测到电平由高电平变换为低电平所用时间可以推算出来。图中每一格为1ms，故这一上升沿形式的变换时间大约为3ms。

2.1反向电路原理

市面上销售的D触发器一般为上升沿触发，而有探测器模块检测有光至无光这一变换是由高电平变为低电平，属于下降沿形式。故需要一个比较器芯片实现将下降沿转化为上升沿的反向改变。

这里可以选择LM2904低功耗双运算放大器，它可以作为比较器使用，设定一个参考电平，输入电平与其进行反相比较。当输入电平高于参考电平时，输出低电平，当输入电平低于参考电平时，则输出高电平。从而实现下降沿翻转为上升沿。

2.2 D触发器触发电路原理

触发器及由其组成的时序逻辑电路中，它的输出状态不仅决定于当时的输入状态，而且还与电路原来状态有关，也就是时序电路具有记忆功能。

边沿触发器的次态仅取决于CP边沿（上升沿或下降沿）到达时刻输入信号的状态，而与此边沿时刻以前或以后的输入状态无关，因而可以提高它的可靠性和抗干扰能力。触发器的结构类型有很多种，这里使用的是上升沿触发的D触发器。

输出端Q的状态随着输入端D的状态而变化，但总比输入端状态的变化晚一步，即某个时钟脉冲来到后Q的状态和该脉冲来到前D的状态一样。[1]即

Qn+1=D

其逻辑状态表见表1。

2.3继电器驱动原理

可以选用CD74HCT74双上升沿D触发器芯片，而光开关选用1*2机械式光开关，光开关控制引脚为引脚1和引脚10。当1脚+5V、10脚为地的状态下，光开关选择第一路，当1脚为地，10脚为+5V的状态下，光开关切换到第二路。故使用的继电器必须是双刀双掷继电器，继电器的公共引脚与光开关控制引脚相连。

D触发器将控制电平先输入到三极管的基极，若输入的控制电平为高电平，则三极管的基极与发射极导通，三极管集电极约为0.7V的低电平电压，此时会有电压加载到继电器线圈两端，使继电器线圈产生电流，吸附内部开关切换，从而光开关切换。

若输入的控制电平为低电平，则三极管中基极与发射极不导通，集电极处于高电平，继电器线圈两端电压相同，则没有电流流过线圈，继电器无法吸附内部开关切换。此时继电器处于默认状态，光开关也处于默认通路中。图中电容、二极管为保护电路。

三、 结束语

在实际的光通信過程中，存在光链路损坏的可能性。在要求通信连续可靠地情况下，就需要光路备份，有效地保证正常的通信。本文就此提出了通过D触发器控制光开关自动切换，具有可靠，低成本等优势，在产品研发生产中具有实际的使用价值。

参 考 文 献

[1]秦曾煌，电工学[M]6版.北京：高等教育出版社，2004.7