CN102843190B - 光模块及其光模块芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块及其光模块芯片，所述光模块包括：光模块芯片、激光发射光源、光电二极管和跨阻放大器TIA；其中，所述光模块芯片中集成了微控器、激光驱动电路、限幅放大电路；所述微控器通过内部总线与所述激光驱动电路、限幅放大电路通信，用以控制所述激光驱动电路和限幅放大电路。由于将光模块中通常比不可少的电路，集成到该光模块芯片中，从而减少光模块中的芯片和元件的数量，大大降低了光模块的成本；而且，由于集成度高，还可大大节约光模块的电路空间，减少电路间的干扰。

Description

光模块及其光模块芯片

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种光模块及其光模块芯片。

背景技术

目前的国内市场以及国际市场，高带宽、高速率和多种业务融合的光纤通信方向已经开始应用；在众多的解决方案中，光纤到户(FTTH)的出现便被认为是宽带接入的终极解决方案。国内市场已经大面积应用。

而在FTTH众多方案中，其中PON（无源光网络）又备受关注，成为了目前主流的光接入方式。目前PON的网络铺设越来越多。光模块作为PON网络的核心部件，其价格压力也日益增大。

目前，现有技术的光模块中通常包括激光发射单元和激光接收单元，激光接收单元包括ROSA（Receiver Optical Subassembly，光接收组件）和限幅放大电路，激光接收单元包括TOSA及其激光驱动电路；或者光模块中包括BOSA（Bidirectional Optical Subassembly，双向光组件），BOSA可以进行激光发射和接收。

ROSA、或者BOSA中通常包括有光电二极管和TIA。所述光电二极管具体可以是应用于GPON网络的光模块中的APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管），也可以是应用于EPON网络的光模块中的PIN光电二极管（在P、N结之间加进一个接近本征材料的I区，形成PIN结构的半导体光电探测器）。光电二极管探测到光信号后会输出相应的响应电流Ipd，TIA（TranimpedanceAmplifier，跨阻放大器）将输出相应的差分电信号；该差分信号被送到限幅放大器，限幅放大器输出相应的电信号。

TOSA、或者BOSA中通常包括有激光发射光源，激光发射光源的激光驱动电路接收到电信号后，根据接收的电信号驱动激光发射光源发射特定波长的激光。

此外，目前的光模块普遍具有数字诊断功能，行业内方案大多采用发射和接收一体的芯片，另外配合一个通用单片机来实现数字诊断功能；而且，光模块中还需要具有一个为光电二极管（APD）升压的芯片用于控制光电二极管（APD）两端电压，以及监控光电二极管（APD）电流的电路。如果要满足光模块的应用，单片机最低也要8位以上、带高精度AD和DA、带内部温度传感器等等。目前市面要满足以上要求的单片机选型范围较小，价格居高不下，占据了光模快芯片方案成本的30％至50％。

因此，现有技术的光模块成本较高，有降低成本的需求。

发明内容

本发明的实施例提供了一种光模块及其光模块芯片，用以降低光模块成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种光模块，包括：光模块芯片、激光发射光源、光电二极管和跨阻放大器TIA；

其中，所述光模块芯片中集成了微控器、激光驱动电路、限幅放大电路；所述微控器通过内部总线与所述激光驱动电路、限幅放大电路通信，用以控制所述激光驱动电路和限幅放大电路；

所述光电二极管和TIA相连，所述TIA的电信号输出端通过所述光模块芯片的外接引脚与所述限幅放大电路的电信号输入端相连，所述限幅放大电路对其电信号输入端输入的电信号进行限幅放大，限幅放大后的电信号从所述限幅放大电路的电信号输出端通过所述光模块芯片的外接引脚输出；

所述激光驱动电路通过所述光模块芯片的外接引脚与所述激光发射光源相连，所述激光驱动电路的电信号输入端通过所述光模块芯片的外接引脚接收到电信号，根据从其电信号输入端输入的电信号驱动激光发射光源发射激光。

进一步，所述光模块还包括：光电二极管电压控制电路；以及，所述光模块芯片中还集成了PWM输出控制电路，所述微控器通过内部总线与所述PWM输出控制电路通信；以及，所述微控器中内置了ADC器件；

所述光电二极管电压控制电路中包括：FET管、电阻R1-R5、二极管D1、电容C1；

其中，C1与连接于R3的一端与光电二极管的阳极之间，R3的另一端与所述光电二极管的阴极相连；

R1与R2串联，R1、R2的串联电路与C1并联；

D1的阴极与C1和R3的连接点相连；

R4跨接于FET管的栅极与漏极之间，FET管的源极通过R5与电源相连，且FET管的源极与D1的阳极相连；

所述微控器的一个电压输入端连接到R1与R2的连接点，通过其ADC器件检测R1或R2的分压；

所述微控器根据其检测的电压输入端上的电压，通过内部总线控制所述PWM输出控制电路输出相应占空比的PWM波，该PWM波通过所述PWM输出控制电路的PWM输出端输出到FET管的栅极。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种光模块芯片，包括：微控器、激光驱动电路、限幅放大电路；

其中，所述微控器通过内部总线与所述激光驱动电路、限幅放大电路通信，用以控制所述激光驱动电路和限幅放大电路；

所述限幅放大电路的电信号输入端通过所述光模块芯片的外接引脚与TIA的电信号输出端相连；其中，所述TIA与光电二极管相连，所述光电二极管用以探测激光并产生相应电流；所述限幅放大电路对其电信号输入端输入的电信号进行限幅放大，限幅放大后的电信号从所述限幅放大电路的电信号输出端通过所述光模块芯片的外接引脚输出；

所述激光驱动电路通过所述光模块芯片的外接引脚与激光发射光源相连，所述激光驱动电路的电信号输入端通过所述光模块芯片的外接引脚接收到电信号，根据从其电信号输入端输入的电信号驱动激光发射光源发射激光。

进一步，所述芯片还包括：PWM输出控制电路，所述微控器通过内部总线与所述PWM输出控制电路通信；以及，所述微控器中内置了ADC器件；

所述微控器的一个电压输入端与光电二极管电压控制电路相连；

其中，所述光电二极管电压控制电路包括：FET管、电阻R1-R5、二极管D1、电容C1；

其中，C1与连接于R3的一端与光电二极管的阳极之间，R3的另一端与所述光电二极管的阴极相连；

R1与R2串联，R1、R2的串联电路与C1并联；

D1的阴极与C1和R3的连接点相连；

R4跨接于FET管的栅极与漏极之间，FET管的源极通过R5与电源相连，且FET管的源极与D1的阳极相连；

所述微控器的一个电压输入端具体连接到R1与R2的连接点，通过其ADC器件检测R1或R2的分压；

所述微控器根据其检测的电压输入端上的电压，通过内部总线控制所述PWM输出控制电路输出相应占空比的PWM波，该PWM波通过所述PWM输出控制电路的PWM输出端输出到FET管的栅极。

本发明实施例提供的光模块由于将光模块中通常比不可少的电路，如激光驱动电路、限幅放大电路、PWM输出控制电路和微控制器集成到该光模块芯片中，从而减少光模块中的芯片和元件的数量，大大降低了光模块的成本；而且，由于集成度高，还可大大节约光模块的电路空间，减少电路间的干扰。

进一步，实施例提供的光模块还对现有技术中控制光电二极管的升压的电路进行了改进，一部分集成到光模块芯片中，另一部分控制电路在光模块芯片外，可以根据实际情况调节阻值、电容值等。

附图说明

图1a、1b为本发明实施例的光模块内部电路示意图；

图2为本发明实施例的光电二极管电压控制电路图；

图3为本发明实施例的电流镜像电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。

本发明的发明人考虑到设计一种光模块芯片，将光模块中通常比不可少的电路，如激光驱动电路、限幅放大电路、PWM（Pulse-Width Modulation，脉宽调制）输出控制电路和微控制器集成到该光模块芯片中，从而减少光模块中的芯片和元件的数量，大大降低了光模块的成本；而且，由于集成度高，还可大大节约光模块的电路空间，减少电路间的干扰。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例的光模块，如图1a所示，其中包括：光模块芯片101、BOSA102、光电二极管电压控制电路103、存储器件104。

或者，本发明实施例的光模块，如图1b所示，其中包括：光模块芯片101、ROSA121、TOSA122、光电二极管电压控制电路103、存储器件104。

其中，BOSA102与现有技术光模块的BOSA内部结构相同，此处不再赘述；ROSA121、TOSA122分别与现有技术光模块中的ROSA、TOSA的内部结构相同，此处不再赘述。

具体地，光模块芯片101中集成了微控器131、激光驱动电路132、限幅放大电路133，以及PWM输出控制电路134。

光模块芯片101中的微控器131通过内部总线，比如IIC总线与激光驱动电路132、限幅放大电路133，以及PWM输出控制电路134进行通信；从而微控器131可以控制激光驱动电路132、限幅放大电路133，以及PWM输出控制电路134。

光模块芯片101中的微控器131与存储器件104相连，通过总线（比如IIC总线）读写存储器件104，向存储器件104中存入信息，或将存储器件104中存储的信息读出。

光模块芯片101中的微控器131还可以通过通信总线与光模块芯片101外的其它设备进行通信。例如，通过串行总线或并行总线与其它设备进行通信；从而，微控器131可以接收外部的其它设备发送的指令、数据，也可以向外部的其它设备返回数据。

光模块芯片101中集成的激光驱动电路132和限幅放大电路133分别与现有技术中的光模块中的激光驱动电路和限幅放大电路相同，此处不再赘述。

光模块芯片101中的激光驱动电路132的电信号输入端可以从光模块芯片101之外的电路接收到电信号，即激光驱动电路132的电信号输入端可以通过光模块芯片101的外接引脚接收到电信号；激光驱动电路132通过光模块芯片101的外接引脚还与BOSA或TOSA内的激光发射光源相连，激光驱动电路132根据从其电信号输入端输入的电信号驱动激光发射光源发射激光。

ROSA或TOSA内的TIA电信号输出端通过光模块芯片101的外接引脚与限幅放大电路133的电信号输入端相连，限幅放大电路133对其电信号输入端输入的电信号进行限幅放大输出；限幅放大后的电信号从限幅放大电路133的电信号输出端通过光模块芯片101的外接引脚输出到光模块芯片101之外的电路。

光电二极管电压控制电路103的一种具体电路，如图2所示，包括：FET（Field Effect Transistor，场效应晶体管）管、电阻R1-R5、二极管D1、电容C1；

C1与连接于R3的一端与光电二极管的阳极之间，R3的另一端与光电二极管的阴极相连；

R1与R2串联，R1、R2的串联电路与C1并联；

D1的阴极与C1和R3的连接点相连；

R4跨接于FET管的G极（栅极）与D极（漏极）之间，FET管的S极（源极）通过R5与电源相连，且FET管的S极与D1的阳极相连。

光电二极管电压控制电路103和光模块芯片101中集成的微控器131、PWM输出控制电路134，实现BOSA或ROSA内的光电二极管的升压控制的原理如下：

光模块芯片101中集成的微控器131内置有ADC（Analog to DigitalConverter，模拟数字转换器）器件，可以检测模拟电压值；微控器131的一个电压输入端连接到R1与R2的连接点（图2中的ADC点），通过其ADC器件检测R1或R2的分压。

PWM输出控制电路134的PWM输出端与FET管的G极相连，用以控制FET管的通断。

微控器131根据其检测的电压输入端上的电压，通过内部总线，控制PWM输出控制电路134输出相应占空比的PWM波，该PWM波通过PWM输出控制电路134的PWM输出端，输出到FET管的G极；从而控制FET管的通断时间为特定比值。

从图2可以看出，FET管导通时间越长，则C1积累的电荷越多，则光电二极管两端的电压则越高，从而达到为光电二极管升压的作用。因此，微控器131可以通过控制PWM输出控制电路134输出PWM波的占空比，来控制光电二极管两端的电压。而微控器131同时还监测ADC点的电压，通过ADC点的电压反馈，来控制光电二极管两端的电压处于一个合适的电压值范围，从而达到光电二极管的升压控制的目的。

进一步，如果光模块中还需要一些功能，比如，接收光的光功率检测功能，或者，接收光的光指示功能，则在本发明实施例的光模块中，还可以包括：电流镜像电路和采样电阻，如图3所示。

电流镜像电路的输入电流通路跨接于光电二极管的阴极与R3之间，电流镜像电路的镜像电流通路与采样电阻串联，从而采样电阻上的压降可以反映镜像电流的大小；而镜像电流的大小反映光电二极管输出电流的大小；光电二极管输出电流的大小反映光电二极管接收光的光功率大小。

微控器131通过其另一个电压输入端检测采样电阻上的电压，从而根据检测的采样电阻上的电压可以计算出光电二极管接收光的光功率。

进一步，本发明实施例的光模块中的微控器131还可内置DAC（Digital-to-Analog Converter，数字模拟转换器）器件、温度传感器；光模块芯片101中还可集成参考电压输出电路，可以为光模块中的电路提供参考电压。

本发明实施例的光模块可以是应用于PON网络中的OLT（Optical LineTerminal，光线路终端）光模块，或者ONU（Optical Network Unit，光网络单元）光模块。

本发明实施例提供的光模块由于将光模块中通常比不可少的电路，如激光驱动电路、限幅放大电路、PWM输出控制电路和微控制器集成到该光模块芯片中，从而减少光模块中的芯片和元件的数量，大大降低了光模块的成本；而且，由于集成度高，还可大大节约光模块的电路空间，减少电路间的干扰。

进一步，实施例提供的光模块还对现有技术中控制光电二极管的升压的电路进行了改进，一部分集成到光模块芯片中，另一部分控制电路在光模块芯片外，可以根据实际情况调节阻值、电容值等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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 (7)

1.一种光模块，包括：光模块芯片、激光发射光源、光电二极管、光电二极管电压控制电路和跨阻放大器TIA；

其中，所述光模块芯片中集成了内置有ADC器件的微控器、激光驱动电路、限幅放大电路和脉宽调制PWM输出控制电路；所述微控器通过内部总线与所述激光驱动电路、限幅放大电路通信，用以控制所述激光驱动电路和限幅放大电路；所述微控器通过内部总线与所述PWM输出控制电路通信；

所述光电二极管和TIA相连，所述TIA的电信号输出端通过所述光模块芯片的外接引脚与所述限幅放大电路的电信号输入端相连，所述限幅放大电路对其电信号输入端输入的电信号进行限幅放大，限幅放大后的电信号从所述限幅放大电路的电信号输出端通过所述光模块芯片的外接引脚输出；

所述激光驱动电路通过所述光模块芯片的外接引脚与所述激光发射光源相连，所述激光驱动电路的电信号输入端通过所述光模块芯片的外接引脚接收到电信号，根据从其电信号输入端输入的电信号驱动激光发射光源发射激光；

所述光电二极管电压控制电路包括：FET管、电阻R1-R5、二极管D1、电容C1；其中，

C1与连接于R3的一端与光电二极管的阳极之间，R3的另一端与所述光电二极管的阴极相连；

R1与R2串联，R1、R2的串联电路与C1并联；

D1的阴极与C1和R3的连接点相连；

R4跨接于FET管的栅极与漏极之间，FET管的源极通过R5与电源相连，且FET管的源极与D1的阳极相连；

所述微控器的一个电压输入端连接到R1与R2的连接点，通过其ADC器件检测R1或R2的分压；

所述微控器根据其检测的电压输入端上的电压，通过内部总线控制所述PWM输出控制电路输出相应占空比的PWM波，该PWM波通过所述PWM输出控制电路的PWM输出端输出到FET管的栅极。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括：电流镜像电路和采样电阻；

所述电流镜像电路的输入电流通路跨接于所述光电二极管的阴极与R3之间，所述电流镜像电路的镜像电流通路与采样电阻串联；

所述微控器通过其另一个电压输入端检测所述采样电阻上的电压，并根据检测的采样电阻上的电压计算出光电二极管接收光的光功率。

3.如权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，还包括：存储器件；

所述微控器与存储器件相连，用以读取所述存储器件。

4.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述微控器通过通信总线与其它设备进行通信，用以接收外部的其它设备发送的指令、数据，或向外部的其它设备返回数据。

5.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述光模块芯片中还集成有参考电压输出电路。

6.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述微控器中内置有DAC器件、温度传感器。

7.如权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述激光发射光源封装于TOSA中，所述光电二极管和TIA封装于ROSA中；或者，

所述激光发射光源、光电二极管和TIA封装于BOSA中。