CN103023577A

CN103023577A - 一种40Gb/s光接收模块

Info

Publication number: CN103023577A
Application number: CN2012105579933A
Authority: CN
Inventors: 杨家龙; 胡毅; 邹晖
Original assignee: Wuhan Telecommunication Devices Co Ltd
Current assignee: Wuhan Telecommunication Devices Co Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种40Gb/s光接收模块，主要包括探测器、微处理器、解复用模块及后置放大电路；其中：所述探测器，用于将所述40Gb/s光信号转换为电信号，并对所述电信号进行低噪声的放大处理，得到低噪声、高增益的电信号；所述微处理器，用于对所述解复用模块和所述探测器进行实时控制；所述解复用模块，用于将所述40Gb/s电信号解复用成16路2.5Gb/s电信号，并通过时钟数据恢复电路恢复数据和时钟信号；及后置放大电路，将经过跨阻放大器的低噪声、高增益电信号进行再放大，达到判决电路能够识别的程度。采用本发明，能够实现高速光信号的实时接收和监控，降低整个模块的体积，并进一步提高接收光信号的可靠性和稳定性。

Description

一种40Gb/s光接收模块

技术领域

本发明涉及光传输网络领域，具体涉及一种40Gb/s光接收模块，将其应用于网络监控，可实现40Gb/s网络高速信号的监控采集。

背景技术

光通信网络正朝着规模不断扩展、容量快速增长、业务日益丰富、应用愈加灵活、需求日趋多样的方向快速发展。40Gb/s光接收模块可用于数字化、网络化、智能化视频监控系统，利用40Gb/s光接收模块高速率的特点，可以在建立的网络监控系统中及时准确地接收所监视的情况，以充分利用40Gb/s光接收模块可靠性与安全性，确保接收的信号无误码。

由于网络监控控制技术的高效率、准确性及可靠性要求，采用40Gb/s光接收模块的网络监控系统，能够大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高网络监控系统综合管理水平。但，目前40Gb/s光接收模块的网络监控光模块，体积较大，成本较高，其网络监控控制的稳定性还有进一步提高的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种40Gb/s光接收模块，以实现高速光信号的实时接收和监控，并降低整个模块的体积，为系统资源节省空间；及进一步提高接收光信号的可靠性和稳定性，实现网络监控的稳定控制。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种40Gb/s光接收模块，包括为所述模块提供电源的供电电路，还包括探测器、微处理器、解复用模块及后置放大电路；其中：

所述探测器，用于将所述40Gb/s光信号转换为电信号，并对所述电信号进行低噪声的放大处理，得到低噪声、高增益的电信号；

所述微处理器，用于对所述解复用模块和所述探测器进行实时控制；

所述解复用模块，用于将所述40Gb/s电信号解复用成16路2.5Gb/s电信号，并通过时钟数据恢复电路恢复数据和时钟信号；以及，

所述后置放大电路，将经过跨阻放大器的低噪声、高增益电信号进行再放大，达到判决电路能够识别的程度。

其中：所述光接收模块包括一个串并/并串组件，一个前向纠错处理器和一个成帧器，所述串并/并串组件、前向纠错处理器和成帧器之间以电连接。

所述解复用模块除集成有时钟数据恢复电路外，还集成有16位解复用器和帧控制器。

所述光接收模块的解复用模块为解复用芯片，用于接收单端或差分的39.8Gb/s和43.1Gb/s的串行数据码流，然后将所述串行数据码流解复用成16路通道。

所述解复用成的16路通道，为并行输出的1.2V CML电平的差分数据对。

所述探测器与解复用器之间，通过高频射频连接器与适配器相连接。

本发明所提供的40Gb/s光接收模块，具有以下优点：

该光接收模块能够实现40Gb/s光信号的接收，并将40Gb/s光信号转换为16路2.5Gb/s的电信号，其光接收波长范围覆盖整个C波段和L波段，在速率上也支持39.8Gb/s或43.1Gb/s的光信号。整个光模块采用硬件电路控制，能及时有效的对光路中的信号进行反馈控制，在上电的同时就可以完成对探测器接收光功率的监控，并且在环境变化的情况下保持接收光信号稳定，达到网络监控稳定控制的目的。此外，将该光接收模块应用于网络监控，能够实现高速信号的接收及监控，由于该模块具有体积小的优点，因此能够进一步减少网络监控设备的体积，节省系统资源的空间。该模块还具有实现电路简洁，接收光效果好，精确度高，响应速度快，工作稳定可靠，有较好的温度稳定性及较长的工作寿命，以及使用简便的特点。

附图说明

图1A、图1B和图1C为本发明40Gb/s光接收模块实物示意图；

图2为40Gb/s光接收模块原理示意图；

图3为本发明40Gb/s的光接收模块整体框图；

图4为高速电信号解复用功能块；

图5为串并转换器、前向处理器与成帧器的接口；

图6为40G 模块内部40G电信号连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的光接收模块作进一步详细的说明。

图1A、图1B和图1C为本发明40Gb/s光接收模块实物示意图。该光接收模块的长、宽、高的尺寸均比现有40Gb/s标准协议规定的尺寸要小，本发明光接收机模块长、宽的面积比标准协议模块要小一半，大幅减小了光接收模块的体积，为系统资源节省了空间。

图2为40Gb/s光接收模块原理示意图，图3为本发明40Gb/s的光接收模块整体框图。该光接收模块能够用于40Gb/s网络系统设备的光接口，还能够用于网络高速信号的监控采集等应用场合，大幅提高网络监控的可靠性和安全性。

该光接收模块集成了一个以雪崩光电二极管（APD）或PIN光电二极管作为40Gb/s的光接收机部分，并带有16路解复用器（DEMUX）。另外，还包含时钟综合电路和时钟恢复电路，是一个具有3R功能，即再生（Re-generating）功能、再整形（Re-shaping）功能、再定时（Re-timing）功能的模块，并且还带有多种不同功能的告警/控制信号接口。

如图3所示，该光接收模块主要包括如下几个部分：探测器（含跨阻放大器）10、微处理器20、解复用模块30、后置放大电路50及供电电路40。其中：

探测器（含跨阻放大器）10，用于将40Gb/s高速光信号转换成电信号，并将高速电信号进行低噪声放大处理，得到低噪声、高增益的电信号，然后再经过后置放大电路50进一步放大，达到判决电路能够识别的程度。

微处理器20，用于对解复用芯片和探测器进行实时控制。

解复用模块30，将一路40Gb/s高速电信号解复用成16路2.5Gb/s电信号，再利用该解复用模块30集成的时钟数据恢复电路（CDR）恢复数据和时钟信号。

供电电路40，用于为整个模块提供电源供电。

本发明的光接收模块有如下特点：

1）该光接收模块从系统高速光路由器上可接收某一固定波长、速率为39.8Gb/s或43.1Gb/s的光信号，其范围可以是C波段或L波段任意一个通道，该光功率大小不能超出3dBm。

2）该40Gb/s光接收模块的光信号经过探测器转换成高速的电信号，并经过跨阻放大器后将高速电信号进行低噪声放大。

3）其光信号经过探测器（TIA）10处理成串行40Gb/s的电信号，信号幅度为200mV～500mV，该信号通过特制的高速信号电缆组件输出到解复用模块30，解复用模块30将40Gb/s电信号解复用成16路2.5Gb/s的信号并且恢复一路时钟信号，通过300PIN向外输出（见图2）。

如图3所示，该光接收模块按实现功能的不同，又可划分为光信号接收功能模块，电接口功能模块，高速电信号解复用功能模块以及高速电信号输出适配模块。其中：

所述光信号接收功能模块，主要器件包括高速光探测器和TIA放大器10。该部分的电路主要由PD的光电流监控和探测器的偏置电路101和后置放大器102组成。

其工作过程是：当接收到40Gb/s高速光信号经过光探测器，在入射光作用下，由于光吸收过程产生的电子/空穴对的运动，并在PN结两边形成附加电势,从而在闭合外电路中形成光生电流，转换成电信号，实现光电转换。由于该光接收模块的输入光功率不能超过3dBm，因此其PIN探测输出的电流仅在nA级，需要采用多级放大将微弱的电信号放大至判决电路能正常识别，电信号通过跨阻放大器和后置放大器102放大。对于TIA放大器要求低噪声，高增益。跨阻型放大器具有宽频带，低噪声的优点。

所述电接口功能模块，40Gb/s光接收模块的物理层与电接口相关的协议代码是：OIF-SFI5-01.0，协议名为：40G物理层设备接口执行协议。40G光链路通信系统的典型线路接口由三个分立的设备组成，一个光模块包含一个串并/并串 (Serdes) 组件601，一个前向纠错 (FEC) 处理器602和一个成帧器（Framer）603，这三个组件之间为电互连，每路电信号的最大的速率小于光信号速率。如图5所示，为一个通用结构框图，它定义了串并转换器601与成帧器603之间的接口，接收中的数据与相应的控制和状态信息分别代表从光纤到该光链路通信系统的方向。

所述高速电信号解复用功能模块。该模块的核心是高速电信号的解复用芯片。40G解复用芯片的功能是接收单端或差分的39.8Gb/s和43.1Gb/s的串行数据码流，然后将这个数据码流解复用成16路通道，以符合SFI-5标准。而并行输出的是1.2V CML接口电平的差分数据对，一般电输出口支持1.2V的直流耦合和1.8V的交流耦合。在芯片内部集成一个时钟数据恢复（CDR）电路，用来恢复时钟和数据。其内部结构主要包括时钟数据恢复电路301，16位解复用器302和帧控制器303。经过时钟数据恢复（CDR）电路实现再定时，同时经过串／并转换形后解复用成16路并行2.5Gb/s差分电信号，其中一路2.5Gb/s差分数据时钟信号和一路重要的对齐参考数据信号输出，如图4所示。

上述高速电信号解复用的具体流程如下：光数据流经过探测放大器101和后置放大器102后转换成高速电信号输入到解复用芯片（见时钟数据恢复和解复用模块30），经过时钟数据恢复电路301恢复出数据和时钟信号，经16位解复用器302被循环解复用成16路接收数据总线，接收的第一路被写进与RXDATA[15]相关联的再定时缓冲器中，最后一路进入与RXDATA[0]相关联的再定时缓冲器中。所述再定时缓冲器衔接电域定时与光域定时的各路之间的漂移被再定时缓冲器吸收。去外斜时钟信号（RXDSC）轮转地复制接收数据总线上发射的每一路信号。帧取样发生器首先插入帧头数据，包括2个A1(F6 Hex)，2个A2(28 hex)字节，以及4个字节的扩展帧头，每路RXDATA[X]轮流被取样，取样长度是8个字节。开始于RXDATA[15]结束于RXDATA[0], 所有的数据送出后，一个新的参考帧就被建立在RXDSC，然后不断的产生。

所述高速电信号输出适配连接功能模块。由于40Gb/s高速信号对差分输入输出口传输阻抗匹配的要求很高，阻抗稍不匹配，将引起信号畸变，高速信号大量反射和辐射。如果40Gb/s高速信号差分输入输出匹配电路是在印制电路板（PCB）走线，由于存在空间电磁场，信号极易受到外界电磁波的干扰，电磁兼容性和抗电磁干扰特性较差；由于40Gb/s的高速信号是以微波场的形式传输，高速信号的传输衰减与传输距离的平方成反比，在印制电路板传输距离稍长，40Gb/s信号强度和能量将急剧下降，传输损耗剧烈。针对上述这些不利影响，本发明针对高速输入输出口的匹配，选用射频同轴电缆、射频连接器、高频电容器或高频阻抗终端负载部件硬连接方式组成匹配网络。如图6所示，本发明采取的各功能部分分开布板，在40G电接口部分探测器10 与解复用器30之间便采用了高频射频连接器与适配器进行连接。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1.一种40Gb/s光接收模块，包括为所述模块提供电源的供电电路，其特征在于，还包括探测器、微处理器、解复用模块及后置放大电路；其中：

2.根据权利要求1所述的40Gb/s光接收模块，其特征在于，所述光接收模块包括一个串并/并串组件，一个前向纠错处理器和一个成帧器，所述串并/并串组件、前向纠错处理器和成帧器之间以电连接。

3.根据权利要求1所述的40Gb/s光接收模块，其特征在于，所述解复用模块除集成有时钟数据恢复电路外，还集成有16位解复用器和帧控制器。

4.根据权利要求1或3所述的40Gb/s光接收模块，其特征在于，所述光接收模块的解复用模块为解复用芯片，用于接收单端或差分的39.8Gb/s和43.1Gb/s的串行数据码流，然后将所述串行数据码流解复用成16路通道。

5.根据权利要求4所述的40Gb/s光接收模块，其特征在于，所述解复用成的16路通道，为并行输出的1.2V CML电平的差分数据对。

6.根据权利要求1所述的40Gb/s光接收模块，其特征在于，所述探测器与解复用器之间，通过高频射频连接器与适配器相连接。