CN101917232B

CN101917232B - 高速数模混合光收发装置

Info

Publication number: CN101917232B
Application number: CN201010283892.2A
Authority: CN
Inventors: 褚保田; 周雷; 杜发玉; 司淑平
Original assignee: CETC 8 Research Institute
Current assignee: CETC 8 Research Institute
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: CN101917232A

Abstract

一种高速数模混合光收发装置，包括若干个发射装置和若干个接收装置，每个发射装置包括模拟发射装置、第一数字发射装置、第一数字接收装置以及连接第一数字发射装置和第一数字接收装置的发射波分复用装置，每个接收装置包括模拟接收装置、第二数字接收装置和第二数字发射装置以及连接第二数字接收装置和第二数字发射装置的接收波分复用装置，模拟发射装置和发射波分复用装置分别连接第一波分复用装置，模拟接收装置和接收波分复用装置分别连接第二波分复用装置，第一波分复用装置和第二波分复用装置之间通过光纤连接。从而提供一种将数字电路和模拟电路集成在一起，体积小、成本低的高速数模混合光收发装置。

Description

高速数模混合光收发装置

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是一种数模混合的光收发装置。

背景技术

光收发模块用于将电信号转换成光信号然后通过光纤进行传输。目前市场上的光模块只有传输数字信号的数字光模块和传输模拟信号的模拟光模块。

且在设计混合电路时，为了将更多的芯片集成到一个系统中，不可避免的会出现数模混合电路的问题。由于数字信号的频谱很宽，一旦这一频谱落到模拟信号(射频信号)带内，就会对射频模拟信号产生影响，而这一影响是无法消除的。数字电路对噪声的敏感度大大低于模拟电路。一般情况下数字电路的敏感度在十几个毫伏左右，而模拟电路的敏感度为微伏级别，两者差别达到了10000倍(即噪声隔离为80dB)。如果模拟与数字电路共用同一个参考平面，数字电路的开关噪声就容易对模拟电路造成共阻抗干扰。而这时就出现了地平面分割的概念。即将地分为两部分，一部分是数字地，所有的数字信号都使用这个地平面；另一部分则是模拟地，所有的模拟信号包括射频信号均使用这个地平面。从而将数字信号和模拟信号隔离开来。

但是不完整的地平面会带来很多其他问题，当参考平面上出现沟槽时，返回电流就会绕过这个槽。这个绕行的回流增加了整个回路的电感，这个电感会使电路的上升时间增加，并加剧线路之间的串扰，同时使该电路Q值增大，从而有可能发生谐振。如何解决数/模噪声隔离和不完整地平面带来的问题成为数模混合布板的关键。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种将数字电路和模拟电路集成在一起，体积小、成本低的高速数模混合光收发装置。

一种高速数模混合光收发装置，包括若干个发射装置和若干个接收装置，每个所述发射装置包括模拟发射装置、第一数字发射装置、第一数字接收装置以及连接所述第一数字发射装置和所述第一数字接收装置的发射波分复用装置，每个所述接收装置包括模拟接收装置、第二数字接收装置和第二数字发射装置以及连接所述第二数字接收装置和所述第二数字发射装置的接收波分复用装置，所述模拟发射装置和所述发射波分复用装置分别连接第一波分复用装置，所述模拟接收装置和所述接收波分复用装置分别连接第二波分复用装置，所述第一波分复用装置和所述第二波分复用装置之间通过光纤连接。

本发明的高速数模混合光收发装置，其中所述发射装置和所述接收装置的电路分别均包括数字装置和模拟装置；

所述数字装置包括波分复用器装置、依次连接的激光器装置和驱动器装置，以及依次连接的探测器装置、跨阻放大器装置和限幅放大器装置，所述激光器装置和所述探测器装置分别连接所述波分复用器装置；

所述模拟装置包括依次连接的光接收装置、阻抗匹配装置、低噪声放大器装置和功率放大器装置。

本发明的高速数模混合光收发装置，其中所述数字装置和所述模拟装置在电路板上分开布局，并使用单点接地方式，将数字地和模拟地连接起来。

本发明的高速数模混合光收发装置，其中所述数字装置还设置若干个数字光接口和若干个数字电接口，所述模拟装置还设置若干个模拟光接口和若干个模拟电接口。

本发明的高速数模混合光收发装置，其中所述数字装置的高频数字信号速率为2.5Gbps、4.25Gbps、6Gbps、10Gbps、20Gbps、40Gbps，所述模拟装置的射频模拟信号带宽为5MHz～1000MHz。

本发明的高速数模混合光收发装置，其中所述第一数字发射装置采用的光波长是1490nm，所述第一数字接收装置采用的光波长为1550nm，所述模拟发射装置采用的光波长是1310nm，所述第二数字发射装置采用的光波长是1550nm，所述第二数字接收装置采用的光波长是1490nm，所述模拟接收装置采用的光波长是1310nm。

本发明的高速数模混合光收发装置，其中所述模拟电接口的引脚1为接收端地，引脚2为接收信号输出端，引脚3为接收端地，引脚4为接收端电源；所述数字电接口的引脚1为发送数据正向端输入，引脚2为发送端地，引脚3为发送数据反向端输入，引脚4为发送端电源，引脚5为接收检测信号输出，引脚6为发送关断信号输入，引脚7为接收数据正向端输出，引脚8为接收端电源，引脚9为接收数据反向端输出，引脚10为接收端地。

由于将数字电路和模拟电路集成在一起，其总体积可以达到小于目前市售数字和模拟光模块相加体积的五分之一。并将集成在一起的电路与波分复用装置租车，明显比市售的装置体积小，且结构合理紧凑，且成本低。

又由于本发明在电路布线和布局中采用了数字电路和模拟电路部分分开布局，同时将电路中的数字地和模拟地分割开来以减小二者的相互影响，同时为了保持地平面的完整，使用单点接地方式，将数字地和模拟地连接起来。使得整个地平面并没有出现环路现象，从而降低了可能由于电路环路带来的电磁干扰问题。

附图说明

图1是本发明高速数模混合光收发装置的系统框图；

图2是本发明高速数模混合光收发装置的电路框图；

图3是本发明高速数模混合光收发装置的结构示意图；

图4是本发明高速数模混合光收发装置的引脚示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明高速数模混合光收发装置的实施方式进行详细说明。

参见图1，本发明的高速数模混合光收发装置，包括若干个发射装置11和若干个接收装置12，例如可以设置为：两路双向数字信号和一路射频模拟信号；或两路模拟信号和一路数字信号；或四路双向数字信号和两路路射频模拟信号；或四路模拟信号和两路数字信号等等。

每个发射装置11包括模拟发射装置111、第一数字发射装置112、第一数字接收装置113以及连接第一数字发射装置112和第一数字接收装置113的发射波分复用装置101a，每个接收装置12包括模拟接收装置121、第二数字接收装置122和第二数字发射装置123以及连接第二数字接收装置122和第二数字发射装置123的接收波分复用装置101b。模拟发射装置111和发射波分复用装置101a分别连接第一波分复用装置101c，模拟接收装置121和接收波分复用装置101b分别连接第二波分复用装置101d，第一波分复用装置101c和第二波分复用装置101d之间通过光纤连接。

本发明的高速数模混合光收发装置采用数模电路混合设计，通过模拟发射装置111、发射波分复用装置101a然后把电信号转换成光信号，然后通过第一波分复用装置101c把三路光信号合成一路进行传输。

接收装置12是同样的设计原理。

其中发射装置11中第一数字发射装置112采用的光波长是1490nm，第一数字接收装置113采用的光波长为1550nm，模拟发射装置111采用的光波长是1310nm。

第二数字发射装置123采用的光波长是1550nm，第二数字接收装置122采用的光波长是1490nm，模拟接收装置121采用的光波长是1310nm。

参见图2，本发明的高速数模混合光收发装置的电路部分包括数字装置1和模拟装置2，数字装置1包括波分复用器装置101、依次连接的激光器装置102和驱动器装置103，以及依次连接的探测器装置104、跨阻放大器装置105和限幅放大器装置106，激光器装置102和探测器装置104分别连接波分复用器装置101，模拟装置2包括依次连接的光接收装置201、阻抗匹配装置202、低噪声放大器装置203和功率放大器装置204。

数字装置1的发射部分输入数字信号后，经驱动器装置103驱动激光器装置102，将电信号转变成光信号，再经波分复用器装置101输出光信号；数字装置1的数字接收的光信号经波分复用器装置101得到相应的光波长后，经探测器装置104将光信号转变成电信号，然后经跨阻放大器装置105和限幅放大器装置106后输出相应的数字信号。

模拟装置2的输入光信号经光接收装置201转换成电信号，通过阻抗匹配装置202进行阻抗匹配，并通过低噪声放大器装置203进行低噪声放大，之后通过功率放大器装置204放大后，输出射频信号。

其中高频数字信号速率可以为：2.5Gbps；4.25Gbps；6Gbps；10Gbps；20Gbps；40Gbps；

射频模拟信号带宽可以为：5MHz～1000MHz。

且本发明在电路布线和布局中采用了数字电路和模拟电路部分分开布局，同时将电路中的数字地和模拟地分割开来以减小二者的相互影响，同时为了保持地平面的完整，使用单点接地方式，将数字地和模拟地连接起来。使得整个地平面并没有出现环路现象，从而降低了可能由于电路环路带来的电磁干扰问题。由于将数字电路和模拟电路集成在一起，其总体积可以达到小于目前市售数字和模拟光模块相加体积的五分之一。并将集成在一起的电路与波分复用装置租车，明显比市售的装置体积小，且结构合理紧凑。

数字电路和模拟电路集成的电路板，采用四层板结构。

本发明的装置可以设置若干个模拟光接口和模拟电接口以及数字光接口和数字电接口，其中一种实施例参见图3，电路板上模拟电路和数字电路分别位于两个区域，模拟电路部分分别与模拟光接口2a和模拟电接口2b相对应，数字电路部分分别于数字光接口1a和数字电接口1b相对应，其中数字地和模拟地在接地层中相连接。

参见图4，模拟电接口2b中从右到左依次为引脚1到引脚4，数字电接口1b从右到左依次为引脚1到引脚10。

为保证使用方便，模拟部分引脚定义如表一。

引脚	符号	描述	电平形式
				1	GND	接收端地	N/A
2	ROUT	接收信号输出端	RF
				3	GND	接收端地	N/A
4	VCCRX	接收端电源	+5V

表一

数字部分引脚定义如表二

引脚	符号	描述	电平形式
				1	TD+	发送数据正向端输入	LVPECL(或LVCML)
2	VEETX	发送端地	N/A
				3	TD-	发送数据反向端输入	LVPECL(或LVCML)
4	VCCTX	发送端电源	N/A
				5	SD	接收检测信号输出	LVTTL
6	TDIS	发送关断信号输入	LVTTL
				7	RD+	接收数据正向端输出	LVPECL(或LVCML)
8	VCCRX	接收端电源	N/A
				9	RD-	接收数据反向端输出	LVPECL(或LVCML)
10	VEERX	接收端地	N/A

表二

模拟电路和数字电路混合设计，具体是模拟电路和数字电路设计在一块电路板上，共用一个地层，这样不仅可以在一个模块中同时具有传输模拟信号和数字信号的功能，而且可以最大限度地缩小体积，满足小型化的要求。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种高速数模混合光收发装置，包括若干个发射装置（11）和若干个接收装置（12），其特征在于，所述发射装置（11）和接收装置（12）中均包括数字电路和模拟电路，数字电路和模拟电路分开布局，使用单点接地方式，将数字地和模拟地连接起来；每个所述发射装置（11）包括模拟发射装置（111）、第一数字发射装置（112）、第一数字接收装置（113）以及连接所述第一数字发射装置（112）和所述第一数字接收装置（113）的发射波分复用装置（101a），每个所述接收装置（12）包括模拟接收装置（121）、第二数字接收装置（122）和第二数字发射装置（123）以及连接所述第二数字接收装置（122）和所述第二数字发射装置（123）的接收波分复用装置（101b），所述模拟发射装置（111）和所述发射波分复用装置（101a）分别连接第一波分复用装置（101c），所述模拟接收装置（121）和所述接收波分复用装置（101b）分别连接第二波分复用装置（101d），所述第一波分复用装置（101c）和所述第二波分复用装置（101d）之间通过光纤连接。

2.根据权利要求1所述的高速数模混合光收发装置，其特征在于，所述发射装置（11）和所述接收装置（12）的电路中均包括数字装置和模拟装置；

所述接收装置（12）的电路中，数字装置（1）包括作为接收波分复用装置（101b）的波分复用器装置（101），作为第二数字发射装置（123）的依次连接的激光器装置（102）和驱动器装置（103），以及作为第二数字接收装置（122）的依次连接的探测器装置（104）、跨阻放大器装置（105）和限幅放大器装置（106），激光器装置（102）和探测器装置（104）分别连接波分复用器装置（101）。

3.根据权利要求2所述的高速数模混合光收发装置，其特征在于，所述接收装置（12）的电路中，模拟装置（2）包括作为模拟接收装置（121）的依次连接的光接收装置（201）、阻抗匹配装置（202）、低噪声放大器装置（203）和功率放大器装置（204）。

4.根据权利要求3所述的高速数模混合光收发装置，其特征在于，所述数字装置（1）还设置若干个数字光接口（1a）和若干个数字电接口（1b），所述模拟装置（2）还设置若干个模拟光接口（2a）和若干个模拟电接口（2b）。

5.根据权利要求4所述的高速数模混合光收发装置，其特征在于，所述数字装置（1）的高频数字信号速率为2.5Gbps、4.25Gbps、6Gbps、10Gbps、20Gbps、40Gbps，所述模拟装置（2）的射频模拟信号带宽为5MHz～1000MHz。

6.根据权利要求5所述的高速数模混合光收发装置，其特征在于，所述第一数字发射装置（112）采用的光波长是1490nm，所述第一数字接收装置（113）采用的光波长为1550nm，所述模拟发射装置（111）采用的光波长是1310nm，所述第二数字发射装置（123）采用的光波长是1550nm，所述第二数字接收装置（122）采用的光波长是1490nm，所述模拟接收装置（121）采用的光波长是1310nm。

7.根据权利要求6所述的高速数模混合光收发装置，其特征在于，所述模拟电接口（2b）的引脚1为接收端地，引脚2为接收信号输出端，引脚3为接收端地，引脚4为接收端电源；所述数字电接口（1b）的引脚1为发送数据正向端输入，引脚2为发送端地，引脚3为发送数据反向端输入，引脚4为发送端电源，引脚5为接收检测信号输出，引脚6为发送关断信号输入，引脚7为接收数据正向端输出，引脚8为接收端电源，引脚9为接收数据反向端输出，引脚10为接收端地。