CN102412897B - 一种单纤四向对称光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单纤四向对称光模块，属于光通信技术领域。所述光模块包括连接器、光接口、光模块发端部分和光模块收端部分，光模块发端部分包括：10G均衡器/时钟数据恢复单元、10G激光器驱动单元、10G激光器、1G激光器驱动单元、1G激光器、波分复用单元、发端微控制器；光模块收端部分包括：雪崩光电二极管、突发模式跨阻放大器、突发模式限幅放大器、1:2时钟扇出缓冲单元、电平转换单元、升压电路、收端微控制器。解决了EPON系统上行带宽的瓶颈问题；既支持GEPON OLT对称速率，又支持10G EPON OLT对称速率和非对称速率，可以保持系统平滑的过渡和升级，有效降低运营商的系统升级成本。
Description
技术领域
本发明涉及以太网无源光网络光线路终端(EPON OLT)技术，尤其是一种单纤四向高速对称速率10G EPON OLT光模块。
背景技术
随着光纤接入技术(FTTX)的推广和普及，高速宽带业务正逐步改变着人们的生活和工作方式。由于人们对带宽需求的不断增加，使目前的1G EPON(Ethernet Passive Optical Network,以太网无源光网络)技术已逐渐不能满足日益增长的宽带业务的需求。因此，能够提供更高带宽的10G EPON技术顺理成章地成为下一代无源宽带接入网的解决方案。在EPON技术中，OLT(Optical Line Terminal,光缆终端设备，用于连接光纤干线的终端设备)的光收发模块是实现EPON进行光纤通信的重要部分和关键技术，也是限制EPON提供带宽更高带宽(例如10G EPON)的瓶颈所在。突发模式接收一直以来都是EPON的技术难点，目前的10G EPON OLT技术方案仅实现了非对称速率的数据传输，即下行速率为10.3Gbps，而上行速率为1.25Gbps或者2.5Gbps，并没有解决EPON系统上行带宽的瓶颈问题。
目前，1G EPON系统技术方案成熟、性能稳定、已实现大量商业应用。考虑到成本和维护，10G EPON系统的应用还必须要考虑到系统的平稳升级和过渡，所以10G EPON技术应该兼容传统的GEPON技术，使系统可以根据具体应用环境灵活选择适宜的应用方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种即可以工作在GEPON的OLT系统也可工作在10GEPON OLT系统的高速单纤四向对称双速率EPON OLT光模块，解决现有技术中10G EPON OLT系统只能工作在非对称模式，且不能兼容GEPON OLT系统，实现从GEPON OLT到10G EPON OLT平稳升级和过渡的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种单纤四向对称光模块，包括连接器、光接口、光模块发端部分和光模块收端部分。
所述光模块发端部分包括：10G均衡器/时钟数据恢复单元，接收通过连接器传送的10G发端电信号，对10G发端电信号进行优化获取低抖动的串行数据SD0送入10G激光器驱动单元；10G激光器驱动单元，接收串行数据SD0，将串行数据SD0转换为对10G激光器的驱动信号SD1；监控10G激光器背光二极管的反馈光电流变化，根据变化调整输出偏置电流以使背光二极管的背光电流保持在恒定目标值；10G激光器在驱动信号SD1的驱动下产生10G光信号复用至波分复用单元；1G激光器驱动单元，接收通过连接器传送的1G发端电信号，将1G发端电信号转换为对1G激光器的驱动信号SD2；1G激光器，在驱动信号SD2的驱动下产生1G光信号复用至波分复用单元；波分复用单元，对接收的10G光信号和1G光信号波分复用后送至光接口；发端微控制器，通过查找表控制对应的10G激光器驱动单元和1G激光器驱动单元，使10G激光器驱动单元和1G激光器驱动单元在光功率和消光比保持要求的目标值。
所述光模块收端部分包括：雪崩光电二极管，将从光接口接收到的连续或突发的光信号转换为连续或突发数据电流信号I0并送至突发模式跨阻放大器；突发模式跨阻放大器，将接收的数据电流信号I0以设置的增益转化为数据电压信号V0并送至突发模式限幅放大器；突发模式限幅放大器，对接收的数据电压信号V0进行放大或限幅后输出摆幅恒定的数据电压信号V1送至1:2时钟扇出缓冲单元；1:2时钟扇出缓冲单元，对接收的CML数据电压信号V1的10G信号直接输出至连接器，对接收的数据电压信号V1的1G电压信号送至电平转换单元；电平转换单元，将接收的1G电压信号转换为1G LVPECL信号并输出至连接器；升压电路；收端微控制器，利用查找表输出随温度变化的控制电压至升压电路，使升压电路输出的使雪崩光电二极管获得最佳接收灵敏度所需的偏置电压。
由于本发明采用了以上的技术方案，因此本发明可以达到以下的有益效果：
本发明的光模块实现了10G EPON对称通信的功能，有效解决EPON系统上行带宽的瓶颈问题；并且在既支持传统低速的GEPON OLT对称速率技术方案又支持新型高速的10G EPON OLT对称速率技术方案和10G EPON OLT非对称速率技术方案，这样的兼容设计有利于保持系统平滑的过渡和升级，有效降低运营商的系统升级成本。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明单纤四向对称OLT系统原理图。
图2是本发明单纤四向对称收发模块原理框图。
附图标记：21-连接器，22-光接口,23-光模块发端部分，24-光模块收端部分，231-10G均衡器/时钟数据恢复单元，232-10G激光器驱动单元，233-TEC控制单元，234-10G激光器，235-1G激光器，236-1G激光器驱动器，237-波分复用单元，238-发端微控制器，241雪崩光电二极管，242-突发模式跨阻放大器，243-突发模式限幅放大器，244-1:2时钟扇出缓冲单元，245-升压电路，246-突发接收光功率监控单元，247-电平转换单元，248-收端微控制器。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明所涉及的光模块就是一款将1G EPON OLT技术方案和10G EPON OLT技术方案实现兼容设计的高速单纤四向对称OLT光模块。如图1所示，单纤四向对称OLT系统原理图。系统通过速率选择，使光模块可以工作在三种不同的速率模式。第一种是1G EPON OLT对称速率模式:其上行工作在速率1.25Gbps采用1310nm中心波长的突发模式，下行工作在速率1.25Gbps采用1490nm中心波长的连续模式；第二种是10G EPON OLT对称速率模式:其上行工作在速率10.3Gbps采用1270nm中心波长的突发模式，下行工作在速率10.3Gbps采用1577nm中心波长的连续模式；第三种是10G EPON OLT非对称速率模式:其上行工作在速率1.25Gbps采用1310nm中心波长的突发模式，下行工作在速率10.3Gbps采用1577nm中心波长的连续模式。突发模式接收一直以来都是EPON的技术难点，目前的10G EPON OLT技术方案仅实现了非对称速率的数据传输，即下行速率为10.3Gbps，而上行速率为1.25Gbps或者2.5Gbps，并没有解决EPON系统上行带宽的瓶颈问题。
如图2所示是本发明的一种单纤四向对称收发模块原理框图。所述光模块的主要构成包括连接器21和光接口22，在本发明中，所述连接器采用XFP(10Gigabit Small Form Factor Pluggable,是一种可热交换的，独立与通信协议的光学收发器)连接器21，所述光接口采用SC Receptacle光接口22；还包括光模块发端部分23和光模块收端部分24。
所述光模块发端部分23包括：10G均衡器/时钟数据恢复单元231、10G激光器驱动单元232、TEC(Thermo Electric Cooler,热电制冷器)控制单元233、10G激光器234、1G激光器235、1G激光器驱动单元236、波分复用单元237和发端微控制器238。在本发明中的实施例中，所述10G激光器234采用10G EML(Electro-absorption Modulated Laser,电吸收调制激光器)激光器，所述1G激光器235采用1G DFB(Distributed Feedback Laser,分布式反馈激光器)激光器；对应的，所述10G激光驱动单元232为10G EML激光器驱动单元，所述1G激光器驱动单元236为1G DFB激光器驱动单元。其中：
10G均衡器/时钟数据恢复单元231，接收通过连接器21传送的10G发端电信号，对10G发端电信号进行优化获取低抖动的串行数据SD0送入10G EML激光器驱动单元。
10G EML激光器驱动单元，接收串行数据SD0，将串行数据SD0转换为对10GEML激光器的驱动信号SD1；监控10G EML激光器背光二极管的反馈光电流变化，根据变化调整输出偏置电流以使背光二极管的背光电流保持在恒定目标值。
10G EML激光器，在驱动信号SD1的驱动下产生10G光信号复用至波分复用单元。
1G DFB激光器驱动单元，接收通过XFP连接器传送的1G发端电信号，将1G发端电信号转换为对1G DFB激光器的驱动信号SD2。
1G DFB激光器，在驱动信号SD2的驱动下产生1G光信号复用至波分复用单元237。
波分复用单元237，对接收的10G光信号和1G光信号波分复用后送至SCReceptacle光接口；
发端微控制器238，通过查找表控制对应的10G EML激光器驱动单元和1GDBF激光器驱动单元，使10G EML激光器驱动单元和1G DBF激光器驱动单元在全温输出的光功率和消光比保持要求的目标值。
所述光模块收端部分24包括：雪崩光电二极管241、突发模式跨阻放大器242、突发模式限幅放大器243、1:2时钟扇出缓冲单元244、升压电路245、突发接收光功率监控单元246、电平转换单元247、收端微控制器248。在本发明的实施例中，所述突发接收光功率监控单元246采用RSSI(Received SignalStrength Indicator,接收信号的强度指示)电流镜像及采集保持电路。其中：
雪崩光电二极管241，将从SC Receptacle光接口接收到的连续或突发的光信号转换为突发数据电流信号I0并送至突发模式跨阻放大器242。
突发模式跨阻放大器242，将接收的数据电流信号I0以设置的增益转化为数据电压信号V0并送至突发模式限幅放大器243。
突发模式限幅放大器243，对接收的数据电压信号V0进行放大或限幅后输出摆幅恒定的CML数据电压信号V1送至1:2时钟扇出缓冲单元244。
1:2时钟扇出缓冲单元244，对接收的CML数据电压信号V1的10G信号直接输出至XFP连接器，对接收的CML(Current Mode Logic,电流模式逻辑)数据电压信号V1的1G CML电压信号送至电平转换单元247。
电平转换单元247，将接收的1G CML电压信号转换为1G LVPECL(Low VoltagePositive Emitter Coupled Logic,低压正极发射器耦合逻辑)信号并输出至XFP连接器。
收端微控制器248，利用查找表输出随温度变化的控制电压至升压电路245，升压电路245输出使雪崩光电二极管获得最佳接收灵敏度所需的偏置电压。
所述升压开关电路包括Boost开关电源电路、由二极管和电容构成的电荷泵。
在光电模块发端23进行下行信号发送时，发端微控制器238通过查找表控制对应的10G EML激光器驱动单元和1G DFB激光器驱动单元，确保10G EML激光器和1G DFB激光器在工作温度的范围内输出的光功率和消光比保持要求的目标值；TEC控制单元233采用闭环控制原理使10G EML激光器的工作温度恒定，进而使10G EML激光器输出中心波长满足光谱参数的10G光信号。在光电模块收端24进行上行信号接收时，升压开关电路245在收端微控制器248的查找表的控制下，输出雪崩光电二极管241工作在最佳响应状态所需的偏置电压，确保信号接收的灵敏度和过载应满足通信传输的要求。遵照SFF-8472以及INF-8077协议的要求，发端微控制器238完成了对光模块工作温度、1G DFB激光器的输出光功率和偏置电流、10G EML激光器的输出光功率和偏置电流等信号的实时监控；收端微控制器248完成对突发接收光功率信号强度、收端电源电压等信号的实时监控。
10G发端电信号通过XFP连接器送入10G均衡器/时钟数据恢复单元，获取经优化的低抖动的串行数据输出SDO，再将SD0送入10G EML激光器驱动单元，该10G EML激光器驱动单元采用闭环负反馈自动光率控制(APC)，监控背光二极管反馈回来的光电流的变化来调整输出偏置电流的大小，使背光电流保持在恒定的目标值。理论上，激光器的输出光功率与背光电流的大小是线性关系，因此，恒定的背光电流即意味着激光器的输出光功率保持恒定，因此采用闭环负反馈自动光率控制可以解决由于老化等原因所导致的激光器性能劣化。TEC控制单元同样采用负反馈闭环控制原理，通过监控10G EML激光器工作温度的变化来调节TEC输出电流的大小及方向，使10G EML激光器的温度恒定，输出满足光谱参数且中心波长为1577nm的10G光信号。此外，发端微控制器还利用在生产调试过程形成的10G光功率查找表和10G消光比率查找表，根据当前的监控温度值实时调节10G EML激光器驱动单元输出的偏置电流和调制电流的大小，使10G光信号的光功率和消光比在全温工作范围内始终保持期望的目标值，达到了补偿由于温度变化影响发端光参数的目的。
在光模块收端，1G收端电路利用电平转换驱动电路将1：2时钟扇出缓冲单元输出的1G CML数据信号转换为1G LVPECL信号输出。为保持最佳的接收灵敏度，雪崩光电二极管偏置电压应该随着温度的升高而增加。升压电路实际包括Boost开关电源电路和二极管与电容构成的电荷泵。收端微控制器利用查找表输出随温度变化的控制电压，使升压电路输出使雪崩光电二极管获得最佳接收灵敏度所需的偏置电压。最佳偏置状态下雪崩光电二极管将突发接收到的光信号(10.3Gbps或者1.25Gbps)转化为突发电流信号，该电流信号被突发跨阻放大器按照固定增益转化为电压信号。由于每次突发接收到的光信号具有不同的幅度、不同的包长以及不同的包间距，所以要求突发跨阻放大器能快速响应并具备足够的动态范围。本发明所涉及的这款突发模式跨阻放大器采用自动增益控制的方法，使恢复建立时间等参数满足1G EPON OLT和10G EPON OLT的应用要求。另外，该突发模式跨阻放大器还具备带宽选择的功能。系统会依据应用环境的不同，向光模块发出收端速率选择信号，使突发模式跨阻放大器工作在相应的带宽模式，从而获得最佳的接收性能。由突发模式跨阻放大器输出的电压信号被突发模式限幅放大器放大或限幅后，最终输出幅度固定的高速CML电信号。为兼容1G EPON OLT的应用，1：2时钟扇出缓冲单元将送入的差分高速信号转换成两路幅度和相位完全一致的差分CML电信号输出，其中一路是1G CML数据信号，另一路是直接输出到XFP连接器的10G CML数据信号。1G CML数据信号通过电平转换驱动电路后输出1G LVPECL数据信号。
与现有技术相比，本发明的优点和显著效果是：光模块既支持传统低速的GEPON OLT对称速率技术方案又支持新型高速的10G EPON OLT对称速率技术方案和10G EPON OLT非对称速率技术方案，这样的兼容设计有利于保持系统平滑的过渡和升级，有效降低运营商的系统升级成本。10G光信号突发模式接收实现了真正意义上的10G EPON OLT对称传输技术方案，有效解决EPON系统上行带宽的瓶颈问题。收端微控制器和发端微控制器利用查找表对雪崩二极管的偏置电压、1G激光器驱动电路、10G激光器驱动电路和LOS阈值实时调节，补偿由于温度变化而导致的收发端性能的变化。另外，发端微控制器和收端微控制器按照SFF-8472以及INF-8077协议要求实时监控光模块的各项工作参数，有利于系统对以太网无源光网络实施诊断和管理。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (4)
1.一种单纤四向对称光模块，包括连接器(21)、光接口(2)、光模块发端部分(23)和光模块收端部分(24)，其特征在于，
所述光模块发端部分(23)包括：
10G均衡器/时钟数据恢复单元(231)，接收通过连接器(21)传送的10G发端电信号，对10G发端电信号进行优化获取低抖动的串行数据SD0送入10G激光器驱动单元(232)；
10G激光器驱动单元(232)，接收串行数据SD0，将串行数据SD0转换为对10G激光器(234)的驱动信号SD1；监控10G激光器(234)背光二极管的反馈光电流变化，根据变化调整输出偏置电流以使背光二极管的背光电流保持在恒定目标值；
10G激光器(234)，在驱动信号SD1的驱动下产生10G光信号并复用至波分复用单元(237)；
1G激光器驱动单元(236)，接收通过连接器(21)传送的1G发端电信号，将1G发端电信号转换为对1G激光器(235)的驱动信号SD2；
1G激光器(235)，在驱动信号SD2的驱动下产生1G光信号并复用至波分复用单元(237)；
波分复用单元(237)，对接收的10G光信号和1G光信号波分复用后送至光接口(22)；
发端微控制器(238)，通过查找表控制对应的10G激光器驱动单元(231)和1G激光器驱动单元(235)，使10G激光器驱动单元(231)和1G激光器驱动单元(235)在光功率和消光比保持要求的目标值；
所述光模块收端部分(24)包括：
雪崩光电二极管(241)，将从光接口(22)接收到的连续或突发的光信号转换为连续或突发数据电流信号I0并送至突发模式跨阻放大器(242)；
突发模式跨阻放大器(242)，将接收的数据电流信号I0以设置的增益转化为数据电压信号V0并送至突发模式限幅放大器(243)，所述突发模式跨阻放大器采用自动增益控制的方法，使恢复建立时间参数满足1G EPON OLT和10GEPON OLT的应用要求，所述突发模式跨阻放大器还具备带宽选择的功能；
突发模式限幅放大器(243)，对接收的数据电压信号V0进行放大或限幅后输出摆幅恒定的数据电压信号V1送至1:2时钟扇出缓冲单元(244)；
1:2时钟扇出缓冲单元(244)，对接收的CML电流模式逻辑数据电压信号V1的10G信号直接输出至连接器(21)，对接收的CML电流模式逻辑数据电压信号V1的1G电压信号送至电平转换单元(247)；
电平转换单元(247)，将接收的1G电压信号转换为1G LVPECL信号并输出至连接器(21)；
升压电路(245)；
收端微控制器(248)，利用查找表输出随温度变化的控制电压至升压电路(245)，升压电路(245)输出使雪崩光电二极管获得最佳接收灵敏度所需的偏置电压；
所述光模块发端部分(23)还包括TEC控制单元(233)，对10G激光器(234)的工作温度进行监控，并根据监控的温度变化来调节TEC控制单元(233)输出的电流大小及方向，使10G激光器的温度恒定；
所述光模块收端部分(24)还包括突发接收光功率监控单元(246)，对光模块接收部分(24)的光功率进行监控，所述突发接收光功率监控单元(246)为RSSI电流镜像及采集保持电路；
所述光模块包括1G EPON OLT对称速率模式、10G EPON OLT对称速率模式和10G EPON OLT非对称速率模式，所述1G EPON OLT对称速率模式:其上行工作在速率1.25Gbps采用1310nm中心波长的突发模式，下行工作在速率1.25Gbps采用1490nm中心波长的连续模式；所述10G EPON OLT对称速率模式:其上行工作在速率10.3Gbps采用1270nm中心波长的突发模式，下行工作在速率10.3Gbps采用1577nm中心波长的连续模式；所述10G EPON OLT非对称速率模式:其上行工作在速率1.25Gbps采用1310nm中心波长的突发模式，下行工作在速率10.3Gbps采用1577nm中心波长的连续模式；
所述发端微控制器和收端微控制器按照SFF-8472以及INF-8077协议要求实时监控光模块的各项工作参数。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述10G激光器(234)为10G EML激光器。
3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述1G激光器(235)为1G DFB激光器。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述升压电路(245)包括Boost开关电源电路、由二极管和电容构成的电荷泵。
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2011
- 2011-08-17 CN CN201110235572.4A patent/CN102412897B/zh active Active
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