CN102625199B

CN102625199B - 双通道gepon olt csfp光模块

Info

Publication number: CN102625199B
Application number: CN201210121271.3A
Authority: CN
Inventors: 帅欣; 蒋旭; 鞠兵; 卢勇; 杨毅
Original assignee: Source Photonics Chengdu Co Ltd
Current assignee: Source Photonics Chengdu Co Ltd
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-04-23
Also published as: CN102625199A

Abstract

本发明公开了一种EPONOLT光模块，具体为一种双通道GEPON OLT CSFP光模块，该光模块包括电源软启动电路、微控制器、Ⅰ通道激光器驱动电路、Ⅰ通道限幅放大电路、Ⅰ通道雪崩光电二极管升压电路、Ⅰ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路、Ⅰ通道光收发组件、20管脚CSFP金手指连接器和Ⅰ通道LC接口。本发明光模块包括两个双向光收发组件，既可工作在与现有EPON系统兼容的、单路单通道的标准SFPEPONOLT模式，也可工作在端口密度和数据吞吐量均翻番的双通道CSFPEPONOLT模式。这样的兼容设计有利于保持系统平滑过渡和升级，有效降低运营商的系统升级成本和设备投入成本。

Description

双通道GEPON OLT CSFP光模块

技术领域

本发明涉及千兆以太网无源光网络的光线路终端 (GEPON OLT)技术，特别涉及一种采用CSFP封装并集成双路双通道GEPON OLT的光模块。

背景技术

千兆以太网无源光网络作为固定接入的一种主流技术，其方案成熟、性能稳定、正逐步实现大量商业应用。SFP单纤双端口收发一体光模块是符合MSA协议的小型热插拔光模块，在光通信系统中提供双向数据传输的功能，SFP单纤双端口光模块具有传输速率高、体积小的特点。传统的SFP单纤双端口EPON OLT光模块包括微控制器、APD升压电路、镜像电流源及采样保持电路、限幅放大电路、LD驱动电路及一个单纤双向光组件BOSA，其中，光组件BOSA包括一个LD、一个APD+TIA组件、SC接口。传统SFP单纤双端口EPON OLT光模块采用单个单纤双向收发器件来进行数据的接收与发送，数据容量有限，网络设备利用率较低。开发高性能、低成本、小尺寸、大容量的光模块对加速光纤接入技术（FTTx）的深入推广和普及应用至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种双通道GEPON OLT CSFP光模块，该光模块与标准SFP管脚兼容，集成双通道电路及光收发组件于CSFP封装中，适用于千兆以太网无源光网络光线路终端。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种双通道GEPON OLT CSFP光模块，包括20管脚CSFP金手指连接器、电源软启动电路，所述CSFP金手指连接器上设置有微控制器、Ⅰ通道激光器（LD）驱动电路、Ⅰ通道限幅放大电路，所述Ⅰ通道激光器（LD）驱动电路、Ⅰ通道限幅放大电路分别与微控制器连接，所述微控制器还连接有Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路、Ⅰ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路，所述Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路连接有Ⅰ通道光收发组件（BOSA），所述Ⅰ通道光收发组件（BOSA）包括与Ⅰ通道激光器（LD）驱动电路连接的Ⅰ通道DFB激光器（LD）、Ⅰ通道DFB激光器（LD）连接有Ⅰ通道LC 接口（Receptacle），Ⅰ通道LC 接口连接有Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件，Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件连接Ⅰ通道限幅放大电路。

根据本发明的实施例，所述CSFP金手指连接器上还设置有Ⅱ通道限幅放大电路、Ⅱ通道激光器（LD）驱动电路，所述Ⅱ通道限幅放大电路、Ⅱ通道激光器（LD）驱动电路分别与微控制器连接，所述微控制器还连接有Ⅱ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路、Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路；所述Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路连接有Ⅱ通道光收发组件（BOSA），所述Ⅱ通道光收发组件（BOSA）包括与Ⅱ通道激光器（LD）驱动电路连接的Ⅱ通道DFB激光器（LD）、Ⅱ通道DFB激光器（LD）连接有Ⅱ通道LC 接口（Receptacle），Ⅱ通道LC 接口连接有Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件，Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件连接Ⅱ通道限幅放大电路。

该光模块采用CSFP封装，集成双路双通道电路及两个双向光收发组件，Ⅰ通道电路及光收发组件与Ⅱ通道电路及光收发组件独立工作，光模块可工作在单通道模式，也可以工作在双通道模式。该光模块具有成本低、集成度高、结构简单、性能可靠稳定的特点，不仅提高了端口密度和数据吞吐量，还有效降低了千兆以太网无源光网络的设备成本。

根据本发明的实施例，所述微控制器提供Ⅰ通道接收信号丢失（LOS）的状态指示输出和Ⅱ通道接收信号丢失（LOS）的状态指示输出，提供Ⅰ通道DFB激光器故障（TX_Fault）的状态指示输出和Ⅱ通道DFB激光器故障（TX_Fault）的状态指示输出，提供Ⅰ通道DFB激光器关断（TX_Disable）的状态控制输入和Ⅱ通道激光器关断（TX_Disable）的状态控制输入，提供Ⅰ通道雪崩光电二极管接收光信号强度（RSSI）的触发信号输入和Ⅱ通道雪崩光电二极管接收光信号强度（RSSI）的触发信号输入。

根据本发明的实施例，Ⅰ通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与Ⅰ通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用；Ⅱ通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与Ⅱ通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用。

根据本发明的实施例，微控制器实时监控光模块的电源供电电压、光模块外壳温度、Ⅰ通道DFB激光器的输出光功率和Ⅱ通道DFB激光器的输出光功率、Ⅰ通道DFB激光器的偏置电流和Ⅱ通道DFB激光器的偏置电流、Ⅰ通道突发接收光功率信号强度和Ⅱ通道突发接收光功率信号强度，并提供相应的告警。

根据本发明的实施例，所述微控制器利用在生产调试过程中形成的Ⅰ通道光功率查找表和消光比率查找表、Ⅱ通道光功率查找表和消光比率查找表，根据当前的监控温度值，分别实时调节Ⅰ通道激光器驱动电路和Ⅱ通道激光器驱动电路输出的偏置电流和调制电流的大小，使得Ⅰ通道光信号的光功率和消光比、Ⅱ通道光信号的光功率和消光比，在全温工作范围内均始终保持期望的目标值。

根据本发明的实施例，微控制器与Ⅰ通道升压电路构成闭环负反馈控制环路，微控制器与Ⅱ通道升压电路构成闭环负反馈控制环路，利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器分别输出随温度变化的模拟控制电压，使得Ⅰ通道APD升压电路输出使Ⅰ通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压，Ⅱ通道升压电路输出使Ⅱ通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块包括两个双向光收发组件，既可工作在与现有EPON系统兼容的、单路单通道的标准SFP EPON OLT模式，也可工作在端口密度和数据吞吐量均翻番的双路双通道CSFP EPON OLT模式。这样的兼容设计有利于保持系统平滑的过渡和升级，并有效降低运营商的系统升级成本和设备投入成本。

2、本发明光模块利用微控制器对所有对温度变化敏感的光电参数实时监控和自动控制，补偿由于温度变化而导致的光模块光电指标的偏移。微控制器按照SFF-8472以及CSFP多源协议，实时监控协议要求的光模块的工作状态指示和监控量，有利于系统对以太网无源光网络实施网络诊断、维护和管理。

附图说明：

图1为本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块电路原理框图。

图2为本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块应用示意图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，本实施例列举的双通道GEPON OLT CSFP光模块包括20管脚CSFP金手指连接器1、电源软启动电路2，所述CSFP金手指连接器1上设置有微控制器3、Ⅰ通道激光器（LD）驱动电路4、Ⅰ通道限幅放大电路10、Ⅱ通道限幅放大电路14、Ⅱ通道激光器（LD）驱动电路15，Ⅰ通道激光器（LD）驱动电路4、Ⅰ通道限幅放大电路10、Ⅱ通道限幅放大电路14、Ⅱ通道激光器（LD）驱动电路15分别与微控制器3连接，所述微控制器3还连接有Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路9、Ⅰ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路11、Ⅱ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路12、Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路13；所述Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路9连接有Ⅰ通道光收发组件（BOSA）8，所述Ⅰ通道光收发组件（BOSA）8包括与Ⅰ通道激光器（LD）驱动电路4连接的Ⅰ通道1G DFB激光器（LD）5、Ⅰ通道1G DFB激光器（LD）5连接有Ⅰ通道LC 接口6，Ⅰ通道LC 接口6连接有Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件7，Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件7连接Ⅰ通道限幅放大电路10；所述Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）升压电路13连接有Ⅱ通道光收发组件（BOSA）19，所述Ⅱ通道光收发组件（BOSA）19包括与Ⅱ通道激光器（LD）驱动电路15连接的Ⅱ通道1G DFB激光器（LD）17、Ⅱ通道1G DFB激光器（LD）17连接有Ⅱ通道LC 接口18，Ⅱ通道LC 接口18连接有Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件16，Ⅱ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）组件16连接Ⅱ通道限幅放大电路14。

从光模块的CSFP金手指连接器1输入的发端供电电源和收端供电电源，在经过电源软启动电路2对浪涌电流进行吸收后，再分别给各功能电路单元以及光收发组件供电，确保光模块在上电瞬间、下电瞬间的安全性。

微控制器3提供Ⅰ通道接收信号丢失（LOS）的状态指示输出和Ⅱ通道接收信号丢失（LOS）的状态指示输出，提供Ⅰ通道激光器故障（TX_Fault）的状态指示输出和Ⅱ通道激光器故障（TX_Fault）的状态指示输出，提供Ⅰ通道激光器关断（TX_Disable）的状态控制输入和Ⅱ通道激光器关断（TX_Disable）的状态控制输入，提供Ⅰ通道雪崩光电二极管接收光信号强度（RSSI）的触发信号输入和Ⅱ通道雪崩光电二极管接收光信号强度（RSSI）的触发信号输入。

遵照SFF-8472以及CSFP MSA协议的要求，微控制器3同时实时监控光模块的电源供电电压、光模块外壳温度、Ⅰ通道激光器5的输出光功率和Ⅱ通道激光器17的输出光功率、Ⅰ通道激光器5的偏置电流和Ⅱ通道激光器17的偏置电流、Ⅰ通道突发接收光信号强度和Ⅱ通道突发接收光信号强度，并提供相应的告警。微控制器3实时监控电源供电电压、光模块外壳温度、输出光功率、偏置电流等均为现有技术，此处不再赘述。

Ⅰ通道的1G发端高速电信号通过CSFP金手指连接器1送入Ⅰ通道激光器驱动电路4，Ⅰ通道激光器驱动电路4与Ⅰ通道1G DFB激光器5构成自动光功率控制（APC）负反馈环路，Ⅰ通道1G DFB激光器5上设有背光二极管，Ⅰ通道激光器驱动电路4利用自动光功率控制（APC）负反馈环路监控背光二极管反馈回来的光电流的变化，进而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。激光器的输出光功率与背光电流的大小呈线性关系，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，解决了由于Ⅰ通道1G DFB激光器5老化所导致的Ⅰ通道1G DFB激光器5性能的劣化。此外，微控制器3对光模块的工作温度实时监控，微控制器3利用在生产调试过程中形成的光功率查找表和消光比率查找表，根据当前的监控温度值实时调节Ⅰ通道激光器驱动电路4输出的偏置电流和调制电流的大小，补偿Ⅰ通道1G DFB激光器5由于温度变化所导致的光功率和消光比的偏移，使1G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，达到了补偿温度变化对发端光参数影响的目的。微控制器3实时监控Ⅰ通道激光器驱动电路4产生的发端故障（TX_Fault）状态指示信号，并将其输出到CSFP金手指连接器1，供光模块系统检测监控使用。此外，Ⅰ通道1G DFB激光器5关断的状态控制输入管脚与Ⅰ通道的接收光信号强度指示的采样触发输入管脚复用，当该管脚输入Ⅰ通道1G DFB激光器5关断的控制信号时，Ⅰ通道激光器驱动电路4将关断输出给Ⅰ通道1G DFB激光器5的偏置电流、调制电流以及供电电源。

Ⅱ通道激光器驱动电路15、Ⅱ通道1G DFB激光器17与微控制器3之间形成的控制关系与Ⅰ通道发端部分相同，此处不再赘述。

Ⅰ通道收端电路由Ⅰ通道雪崩光电二极管（APD）+突发模式跨阻放大器（TIA）7、Ⅰ通道限幅放大器10、Ⅰ通道APD升压电路9和Ⅰ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路11组成，Ⅰ通道APD升压电路9包括Boost开关电源电路以及由二极管和电容构成的电荷泵。为保持最佳的接收灵敏度，雪崩光电二极管的偏置电压应该随着温度的升高而增加。微控制器3与Ⅰ通道升压电路9中的Boost开关电源电路构成闭环负反馈控制环路，利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器3的数字模拟转换（DAC）端口输出随温度变化的模拟控制电压，使得Ⅰ通道APD升压电路9输出使雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压，确保雪崩光电二极管接收灵敏度和过载满足通信传输的要求。

最佳偏置状态下雪崩光电二极管将突发模式下接收到的光信号转化为突发高速电流信号，该电流信号被突发模式跨阻放大器按照一定增益转化为高速电压信号。由突发模式跨阻放大器输出的高速电压信号送入Ⅰ通道的限幅放大器10放大或限幅后，最终输出幅度恒定的高速PCEL电信号到CSFP金手指连接器1。由于每次突发接收到的光信号具有不同的幅度、不同的光包长度以及不同的光包间距，所以要求突发模式跨阻放大器能快速响应并具备足够的动态范围。本实施例中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、动态范围等参数满足千兆以太网无源光网络光线路终端的应用要求。

通过Ⅰ通道雪崩光电二极管的电流按照一定比例输入到Ⅰ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路11，被镜像还原，当系统发出相应的RSSI触发信号后，镜像电流输入到采样保持电路，在允许的最短光包时间内形成稳定的RSSI采样电压，微控制器3的模拟数字转换（DAC）端口将该RSSI采样电压转换为数字量，并依据光模块在校准调试阶段形成的查找表，采用插值比较法计算出满足监控精度要求的收端光功率监控值。利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器3的数字模拟转换（DAC）端口输出随温度变化的模拟控制电压，设定Ⅰ通道限幅放大电路10的接收光信号丢失（LOS）的判决阈值，突发模式跨阻放大器输出的电信号强度低于该判决阈值视为光信号丢失，Ⅰ通道限幅放大电路10输出LOS指示信号。此外，微控制器3还实时监控Ⅰ通道限幅放大电路10输出的LOS状态指示信号，该指示信号不但输出到CSFP金手指连接器1，还反馈到Ⅰ通道限幅放大电路10的使能控制端，在接收信号丢失时关断收端输出。

Ⅱ通道收端的所有接收、控制、监控的电路原理与Ⅰ通道收端相同，不再赘述。

如图2所示，本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块应用于实际环境中，由于在CSFP 封装内集成了双路（Ⅰ通道和Ⅱ通道）EPON OLT电路，相当于将两只工作相互独立的标准SFP封装的EPON OLT光模块集成在一起。所以，按照IEEE 802.3ah光通信协议中对1000BASE-PX20应用的规定，在理论上，通过光分路器与EPON ONT光模块作20KM数据业务链接时，一只双通道GEPON OLT CSFP光模块可以链接至少64只EPON ONT光模块。

本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块集成两个通道电路及光收发组件于CSFP封装中，Ⅰ通道电路及光收发组件与Ⅱ通道电路及光收发组件独立工作，光模块可工作在单通道模式，也可以工作在双通道模式，与传统SFP单纤双端口EPON OLT光模块相比，本发明光模块结构尺寸与SFP单纤双端口EPON OLT光模块结构尺寸相同，但本发明光模块可完成两个SFP单纤双端口EPON OLT光模块的功能。本发明光模块具有成本低、集成度高、结构简单、性能可靠稳定的特点，不仅提高了端口密度和数据吞吐量，还有效降低了千兆以太网无源光网络的设备成本，对加速和推广FTTx的普及应用具有重要意义。

Claims

1.双通道GEPON OLT CSFP光模块，包括电源软启动电路、微控制器、Ⅰ通道激光器驱动电路、Ⅰ通道限幅放大电路、Ⅰ通道雪崩光电二极管升压电路、Ⅰ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路和Ⅰ通道光收发组件，所述Ⅰ通道光收发组件包括Ⅰ通道DFB激光器、Ⅰ通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件，其特征在于，该光模块还包括20管脚CSFP金手指连接器和Ⅰ通道LC接口，所述微控制器、Ⅰ通道激光器驱动电路和Ⅰ通道限幅放大电路设置于20管脚CSFP金手指连接器上，Ⅰ通道DFB激光器和Ⅰ通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件分别与Ⅰ通道LC接口连接；

该光模块还包括Ⅱ通道激光器驱动电路、Ⅱ通道限幅放大电路、Ⅱ通道雪崩光电二极管升压电路、Ⅱ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路和Ⅱ通道光收发组件，所述Ⅱ通道光收发组件包括Ⅱ通道DFB激光器、Ⅱ通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件和Ⅱ通道LC接口，所述Ⅱ通道激光器驱动电路、Ⅱ通道限幅放大电路、Ⅱ通道雪崩光电二极管升压电路和Ⅱ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路分别与微控制器连接，Ⅱ通道激光器驱动电路和Ⅱ通道限幅放大电路设置于20管脚CSFP金手指连接器上，Ⅱ通道DFB激光器和Ⅱ通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件分别与Ⅱ通道LC接口连接。

2.根据权利要求1所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供Ⅰ通道接收信号丢失的状态指示输出和Ⅱ通道接收信号丢失的状态指示输出。

3.根据权利要求1所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供Ⅰ通道DFB激光器故障的状态指示输出和Ⅱ通道DFB激光器故障的状态指示输出。

4.根据权利要求1所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供Ⅰ通道DFB激光器关断的状态控制输入和Ⅱ通道DFB激光器关断的状态控制输入。

5.根据权利要求4所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供Ⅰ通道雪崩光电二极管接收光信号强度的触发信号输入和Ⅱ通道雪崩光电二极管接收光信号强度的触发信号输入。

6.根据权利要求5所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述Ⅰ通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与Ⅰ通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用。

7.根据权利要求5所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述Ⅱ通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与Ⅱ通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用。

8.根据权利要求1所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器实时监控光模块的电源供电电压、光模块外壳温度、Ⅰ通道DFB激光器的输出光功率和Ⅱ通道DFB激光器的输出光功率。

9.根据权利要求1所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器实时监控Ⅰ通道DFB激光器的偏置电流和Ⅱ通道DFB激光器的偏置电流。

10.根据权利要求8所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器利用在生产调试过程中形成的光功率查找表和消光比率查找表，根据当前的监控温度值，分别实时调节Ⅰ通道激光器驱动电路和Ⅱ通道激光器驱动电路输出的偏置电流和调制电流的大小，使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。

11.根据权利要求8所述的双通道GEPON OLT CSFP光模块，其特征在于，微控制器与Ⅰ通道雪崩光电二极管升压电路构成闭环负反馈控制环路，微控制器与Ⅱ通道雪崩光电二极管升压电路构成闭环负反馈控制环路，利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器分别输出随温度变化的模拟控制电压，使得Ⅰ通道雪崩光电二极管升压电路输出使Ⅰ通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压，Ⅱ通道雪崩光电二极管升压电路输出使Ⅱ通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压。