CN102213806A - 温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块，供电单元分别与光发射单元、光接收单元、数字诊断单元、20PIN电接口单元连接，光接收单元与20PIN电接口单元连接，将输入的光信号转换为电信号输出；光发射单元与20PIN电接口单元连接，将输入的电信号转换为光信号输出，并由半导体制冷器TEC冷却光发射单元；光发射单元和光接收单元与数字诊断单元连接，提供光检测信号；数字诊断单元与20PIN电接口单元连接，提供数字诊断信号到远程通讯设备。光接收组件采用高灵敏度ROSA，并利用可调升压电路调整不同温度下雪崩光电二极管(APD)的反向偏压，以适用于光模块对数据的长距离传输中具有的高速光电转换功能，光模块内部集成半导体制冷器TEC，提高模块的稳定性。

Description

温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块
技术领域
本发明涉及一种应用于高速同步光传输网络的长距离传输小封装可热插拔光收发模块，尤其涉及一种温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块。
背景技术
光收发模块作为光纤接入网的核心器件推动了干线光传输系统向低成本方向发展，使得光网络的配置更加完备合理。
目前的光通信市场竞争越来越激烈，通信设备要求的体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高。传统的激光器和探测器分离的光模块，已经很难适应现代通信设备的要求。为了适应通信设备对光器件的要求，光模块正向高度集成的小封装发展，可以说小封装光收发模块技术代表了新一代光通信器件的发展趋势，是下一代高速网络的基石。小型光模块SFP+的出现，适应LC接口的小封装可热插拔(Enhanced 8.5and 10GigabitSmall Form Factor Pluggable Module，简称“SFP+”)模块，由于其低功耗、集成化使用、更换灵活的优点，成为下一代光网络主流的使用器件。
SFP+光模块可用于各种典型产品，如高速器件、服务器、路由测试及异步传输模式(简称“ATM”)、光纤和千兆以太网的测试、无限带宽网络等，SFP+模块还允许对操作参数进行实时访问，易于连接使用。
光收发模块的一个发展方向是远距离。如今的光网络铺设距离越来越远，这要求远程收发器来与之匹配，其目的主要是省掉昂贵的光放大器，降低光通讯的成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块，特点是：包括光接收单元、光发射单元、数字诊断单元、供电单元、20PIN电接口单元，所述供电单元分别与光接收单元、光发射单元、数字诊断单元和20PIN电接口单元连接，提供电源输入；光接收单元与数字诊断单元连接，提供光检测信号；光发射单元与数字诊断单元连接，提供光检测信号；光接收单元与20PIN电接口单元连接，将输入的光信号转换为电信号输出；光发射单元与20PIN电接口单元连接，将输入的电信号转换为光信号输出，并由半导体制冷器TEC调整光发射单元的温度；数字诊断单元与20PIN电接口单元连接，提供数字诊断信号到远程通讯设备；
所述光接收单元包括光接收组件、限幅放大电路和数据时钟恢复电路和可调升压电路，光接收组件采用型号为GN3352的ROSA，其灵敏度为-26dBm，光接收组件接收光同步网络传来的光信号，并将其转换成为电信号，跨阻放大后传送到限幅放大电路和数据时钟恢复电路，进行数据时钟采样和缓存处理，将转换后的信号传送到20PIN电接口单元；
所述光发射单元包括光发射组件/TEC、激光器驱动和数据时钟恢复电路、DA转换电路和TEC控制器，所述光发射单元集成有半导体制冷器TEC，激光器驱动和数据时钟恢复电路接收20PIN电接口单元输入的电信号，进行调制放大处理，同时进行数据时钟采样和缓存处理，然后将电信号送入光发射组件/TEC，同时半导体制冷器TEC对光发射单元进行温度控制，最后光发射组件/TEC将输入的电信号转换成光信号输出到同步光网络系统；
所述数字诊断单元包括MCU控制器，MCU控制器采集和处理模块数 据和监控模块数据，MCU控制器的内部存储器存储模块信息和用户信息；
可调升压电路接收MCU控制器的信号，调整光接收组件中的雪崩光电二极管APD在不同温度下的反向偏压，使光接收组件在不同温度下达到最佳状态；
DA转换电路将MCU控制器输出的数字电压信号转换成模拟电压信号，送入激光器驱动和数据时钟恢复电路，激光器驱动和数据时钟恢复电路根据模拟电压信号输入将电流信号送入光发射组件/TEC，驱动其发出光信号；
TEC控制器监控光发射单元的温度，并接收MCU控制器输出的控制信号调整光发射单元的温度；
所述供电单元包括电源控制器，控制各功能单元的开启与关闭；
所述20PIN电接口单元，提供模块电源及与外部系统进行通信的接口。
进一步地，上述的温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块，其中，所述光发射单元和光接收单元集成有时钟数据恢复电路。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块设计新颖，集成度高，功耗低，体积小，性能稳定，采用高效率低功耗光发射组件和光接收组件，光接收组件采用的是高灵敏度ROSA，以适用于光模块对数据的长距离传输具有高速光电转换功能，光模块内部集成了半导体制冷器(TEC)，提高了模块的稳定性，该光模块内部还集成了时钟数据恢复电路，具有很好的高频去抖特性，有利于在网络通讯中同步数据在传送过程中时钟数据的恢复，另外，该光模块内部还集成了可调升压电路，可调升压电路接收MCU控制器的信号，调整光接收组件中雪崩光电二极管(APD)在不同温度下的反向偏压，使光接收组件在不同温度下的灵敏度达到最大。光模块整体性能得到优化。该设计集新颖性、实用性与创造性于一体，适用于大规模量产，满足同步光网络市场的需要。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明10G 80km SFP+光模块的功能框图；
图2：本发明10G 80km SFP+光模块的结构框图。
图中各附图标记的含义见下表：
Figure BSA00000516800500041
具体实施方式
设计一种温度控制型、满足SFP+协议标准、集成度高、电路简单、低功耗、小体积、高性价比的长距离低功耗10G 80km SFP+光模块。
如图1所示，温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块，包括光接收单元1、光发射单元2、数字诊断单元3、供电单元4、20PIN电接口单元5，供电单元4分别与光接收单元1、光发射单元2、数字诊断单元3和20PIN电接口单元5连接，提供电源输入；光接收单元1与数字诊断单元3连接，提供光检测信号；光发射单元2与数字诊断单元3连接，提供光检测信号； 光接收单元1与20PIN电接口单元5连接，将输入的光信号转换为电信号输出；光发射单元2与20PIN电接口单元5连接，将输入的电信号转换为光信号输出，并由半导体制冷器TEC调整光发射单元2的温度；数字诊断单元3与20PIN电接口单元5连接，提供数字诊断信号到远程通讯设备；
如图2所示，光接收单元1包括光接收组件101、限幅放大电路和数据时钟恢复电路102和可调升压电路103，光接收组件101采用由Gennum公司生产，型号为GN3352的ROSA，以适用于光模块对数据的长距离传输，光接收组件101接收光同步网络传来的光信号，并将其转换成为电信号，跨阻放大后传送到限幅放大电路和数据时钟恢复电路102，进行数据时钟采样和缓存处理，将转换后的信号传送到20PIN电接口单元5；
光发射单元2包括光发射组件/TEC 201、激光器驱动和数据时钟恢复电路202、DA转换电路203和TEC控制器204，激光器驱动和数据时钟恢复电路202接收20PIN电接口单元5输入的电信号，进行调制放大处理，同时进行数据时钟采样和缓存处理，然后将电信号送入光发射组件/TEC201，同时半导体制冷器TEC对光发射单元2进行温度控制，最后光发射组件/TEC201将输入的电信号转换成光信号输出到同步光网络系统；光发射组件包括激光二极管LD和监视光电二极管PD，激光二极管LD用来产生光信号，光电二极管PD用来监视激光二极管LD的发光强度；
数字诊断单元3包括MCU控制器301，MCU控制器301采集和处理模块数据和监控模块数据，MCU控制器301的内部存储器存储模块信息和用户信息；MCU控制器301用于对光模块发射信号和接收信号、供电电压和工作温度进行数据采集和处理，并将数据送至远程计算机和监控系统；其中MCU控制器301采用先进低功耗微处理器，内部集成了存储器、A/D转换器、通讯模块和数据处理模块，内部存储器用来存储模块信息和用户信息，A/D转换器用于进行温度检测，通讯模块用于与外部系统进行通讯，数据处理模块用于对输入信号进行数据处理和对光发射单元进行监 控；
可调升压电路103接收MCU控制器301的信号，调整光接收组件中的雪崩光电二极管(APD)在不同温度下的反向偏压，使光接收组件在不同温度下达到最佳状态。
DA转换电路203将MCU控制器301输出的数字电压信号转换成模拟电压信号，送入激光器驱动和数据时钟恢复电路202，激光器驱动和数据时钟恢复电路202根据模拟电压信号输入将电流信号送入光发射组件/TEC201，驱动其发出光信号；
TEC控制器204监控光发射单元2的温度，并接收MCU控制器301输出的控制信号调整光发射单元2的温度；
供电单元4包括电源控制器401，控制各功能单元的开启与关闭；电源控制器401由场效应管及其外围电路组成，其场效应管的栅极通过电阻元件与MCU控制器301的I/O口相连，通过MCU控制器301来控制光模块的电源开启与闭合。
20PIN电接口单元5，提供模块电源及与外部系统进行通信的接口。
光发射单元2和光接收单元1集成有时钟数据恢复电路，具有很好的高频去抖特性，有利于在网络通讯中同步数据在传送过程中时钟数据的恢复。光发射单元2集成有半导体制冷器TEC，在光发射单元2处在极端温度环境中时，仍可保持稳定的光电特性，如波长、光功率等，提高了信号传输的稳定性。
温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块符合业界推出的“SFP+”光模块通讯标准，即电接口兼容“SFF-8031”标准，光接口兼容“IEEE-802.3ae”标准，数字诊断功能满足“SFF-8472”标准，体积满足业界SFP+光模块“SFF-8431”标准，体积为：56.4mm×13.7mm×8.5mm。
具体应用时，外部电调制信号由20PIN电接口单元5进入光模块，送至激光器驱动和数据时钟恢复电路202，经激光器驱动和数据时钟恢复电 路202处理后送至光发射组件/TEC201，同时半导体制冷器TEC对光发射单元2进行温度控制，TEC控制器204监控光发射单元2的温度变化，并接收MCU控制器301输出的控制信号调整光发射单元2的温度。DA转换电路203提供电压信号给激光器驱动和数据时钟恢复电路202以产生相应的偏置电流和调制电流，使光发射组件/TEC201发光并监控其发光强度和工作状态，同时进行数据时钟采样和缓存处理，然后光发射组件/TEC 201产生的光信号通过光纤传输到光网络中；另一方面，光网络中的光信号通过光纤传输到光接收组件101，经过光电转换和放大处理和数据时钟采样和缓存处理后，电信号通过20PIN电接口单元5传送到外部系统，可调升压电路接收MCU控制器的信号，调整光接收组件中的雪崩光电二极管(APD)在不同温度下的反向偏压，使光接收组件在不同温度下达到最佳状态。MCU控制器301采用先进低功耗微处理器，内部集成了存储器、A/D转换器、通讯模块和数据处理模块，MCU控制器301用于对光模块发射信号和接收信号、供电电压和工作温度进行数据采集和处理，并将数据送至远程计算机和监控系统；数字诊断单元3主要对光模块提供数字诊断功能，使其符合“SFF-8472”协议标准。
综上所述，本发明温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块性能优越，设计新颖，具有高速光电转换功能，集成度高，功耗低，体积小，性能稳定，采用高效率低功耗光发射与接收组件，光接收组件采用的是高灵敏度ROSA，以适用于光模块对数据的长距离传输具有高速光电转换功能，光模块内部集成了半导体制冷器(TEC)，提高了模块的稳定性，使模块整体性能得到优化，该设计集新颖性、实用性与创造性于一体，适用于大规模量产，满足同步光网络市场的需要。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块，其特征在于：包括光接收单元(1)、光发射单元(2)、数字诊断单元(3)、供电单元(4)、20PIN电接口单元(5)，所述供电单元(4)分别与光接收单元(1)、光发射单元(2)、数字诊断单元(3)和20PIN电接口单元(5)连接，提供电源输入；光接收单元(1)与数字诊断单元(3)连接，提供光检测信号；光发射单元(2)与数字诊断单元(3)连接，提供光检测信号；光接收单元(1)与20PIN电接口单元(5)连接，将输入的光信号转换为电信号输出；光发射单元(2)与20PIN电接口单元(5)连接，将输入的电信号转换为光信号输出，并由半导体制冷器TEC调整光发射单元(2)的温度；数字诊断单元(3)与20PIN电接口单元(5)连接，提供数字诊断信号到远程通讯设备；
所述光接收单元(1)包括光接收组件(101)、限幅放大电路和数据时钟恢复电路(102)和可调升压电路(103)，光接收组件(101)采用型号为GN3352的ROSA，其灵敏度为-26dBm，光接收组件(101)接收光同步网络传来的光信号，并将其转换成为电信号，跨阻放大后传送到限幅放大电路和数据时钟恢复电路(102)，进行数据时钟采样和缓存处理，将转换后的信号传送到20PIN电接口单元(5)；
所述光发射单元(2)包括光发射组件/TEC(201)、激光器驱动和数据时钟恢复电路(202)、DA转换电路(203)和TEC控制器(204)，所述光发射单元(2)集成有半导体制冷器TEC，激光器驱动和数据时钟恢复电路(202)接收20PIN电接口单元(5)输入的电信号，进行调制放大处理，同时进行数据时钟采样和缓存处理，将电信号送入光发射组件/TEC(201)，同时半导体制冷器TEC对光发射单元(2)进行温度控制，光发射组件/TEC(201)将输入的电信号转换成光信号输出到同步光网络系统；
所述数字诊断单元(3)包括MCU控制器(301)，MCU控制器(301)采集和处理模块数据和监控模块数据，MCU控制器(301)的内部存储器存储模块信息和用户信息；
可调升压电路(103)接收MCU控制器(301)的信号，调整光接收组件中的雪崩光电二极管APD在不同温度下的反向偏压；
DA转换电路(203)将MCU控制器(301)输出的数字电压信号转换成模拟电压信号，送入激光器驱动和数据时钟恢复电路(202)，激光器驱动和数据时钟恢复电路(202)根据模拟电压信号输入将电流信号送入光发射组件/TEC(201)，驱动其发出光信号；
TEC控制器(204)监控光发射单元(2)的温度，并接收MCU控制器(301)输出的控制信号调整光发射单元(2)的温度；
所述供电单元(4)包括电源控制器(401)，控制各功能单元的开启与关闭；
所述20PIN电接口单元(5)，提供模块电源及与外部系统进行通信的接口。
2.根据权利要求1所述的温度控制型低功耗10G 80km SFP+光模块，其特征在于：所述光发射单元(2)和光接收单元(1)集成有时钟数据恢复电路。
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