CN103281132A - 应用于宽温度范围中的光模块及其工作温度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于宽温度范围中的光模块及其工作温度调节方法，所述光模块包括：激光发射单元，其包括激光器以及驱动电路；所述激光器的光功率预先校准到特定的光功率范围内；MCU和TEC控制电路，所述MCU用于在获取温度传感器检测的温度值后，确定获取的温度值所对应的工作温度设定值；根据确定出的工作温度设定值，控制TEC控制电路调节激光器的工作温度为相应的温度。由于允许激光器的工作温度在一定范围内随环境温度相应变化，从而节约了加热或制冷的功耗；并且，预先将光功率校准到一个合适的范围，使得光功率在激光器的工作温度变化范围内仍可满足要求，而不必对BIAS电流进行补偿，更进一步节约了补偿功耗。

Description

应用于宽温度范围中的光模块及其工作温度调节方法

技术领域

本发明涉及光纤通信技术，尤其涉及一种应用于宽温度范围中的光模块及其工作温度调节方法。

背景技术

近年来，随着增强型8.5G光纤通道和10G以太网高速光网络协议的快速发展，对超高速率光收发模块的需求日益增加，同时对模块端口密度以及功耗的要求也越来越高。

10Gbit/s光收发模块在过去的几年里，经历了从300pin MSA、XENPAK（万兆以太网）、XPAK、X2、XFP光模块（万兆以太网光收发模块）到SFP光模块（千兆以太网光收发模块）+的转变。SFP+光模块作为SFP（small form-factorpluggables，小型可插拔）光模块的升级版本，符合IEEE802.3AE/AQ和8G/10G光纤通道协议规范，与XFP相比模块尺寸减小40%，具有更高的端口密度和更低的功耗，传输距离也从300m增加到10km、40km和80km。

现有技术中的SFP+光模块在长距离（例如40km和80km）传输时，需要采用损耗较小的窗口波长进行传输才能保证通信传输的接收灵敏度要求，一般采用1550nm单模光纤进行传输。同时直接调制会产生严重的激光啁啾现象，（激光器的偏置电流被信号调制，光频发生偏移和抖动）。啁啾效应会产生严重的失真。这种失真，随传输距离、传输带宽和频道数的增加而变得非常严重。综合以上因素，长距离SFP+通常采用1550nm的外调制激光器，例如使用较普遍的EML（Electroabsorption Modulated Laser，电吸收调制镭射）激光器。EML激光器的特性会随工作温度的变化发生较大的变化，使得光信号的功率、波长等参数发生很大的变化，眼图质量也变得很差；通过光纤传输之后的信号质量也会很差，误码率变大从而影响通信的质量和可靠性。通常情况下为保证光信号的质量，就需要保持EML激光器发射的激光的光功率和消光比恒定，激光的波长的变化不超过预定的范围；由此，需要保持EML激光器的工作温度的恒定。

现有技术中，需要进行长距离传输的SFP+光模块如图1a所示，通常采用内置有TEC的激光器，如EML激光器。光模块中的TEC（Thermoelectric cooler，热电制冷器）控制电路用于保持激光器内的温度恒定，即保持激光器的工作温度恒定。具体地，激光器中还内置有热电偶，随着温度的改变，热电偶的阻值也会相应改变；TEC控制电路通过检测激光器内置的热电偶的阻值，闭环调节激光器内置的TEC进行加热或制冷，使得激光器内的温度保持恒定。

然而，在70℃以上的高温环境或-5℃以下的低温环境中，如果采用上述的加热或制冷的方法使激光器内的温度保持恒定，则需要耗用较大的电流；由于需要耗用较大的电流，这对体积小、元件密度高的SFP+光模块的功耗和散热性能提出了难以实现的要求；下表1示出了不同温度环境下，对光模块所耗最大电流的限制：

表1

温度范围	最大电流
		-5C～+70C(商业级)	＜45OmA
-40C～+85C(工业级)	＜570mA

因此，采用上述保持激光器温度恒定技术的长距离SFP+光模块在更宽的温度范围工作时，例如工业级温度（-40℃～+85℃），70℃以上的高温环境或-5℃以下的低温环境中工作时，用来给EML TOSA进行加热和制冷的TEC电流超过光模块内部TEC功能电路的极限，导致TEC电路工作失效，EML TOSA工作温度不再维持目标温度不变，从而导致光模块工作失效，更甚情况下会损坏EML TOSA。

为解决上述问题，公开号为102970080A的专利公开了一种光模块及其激光器工作温度的调节方法，该方法不再维持激光器的工作温度为恒定值，而是允许激光器的工作温度在一定范围内随环境温度相应地变化；同时，采用调节BIAS（偏置）电流作为补偿手段，进一步还可采用调节MOD（调制）电压，或EA（Electro-Absorption，电吸收）电压作为补偿手段，使得激光器发射的激光的光功率和消光比恒定。由于允许激光器的工作温度随环境温度有相应的改变，减小了激光器的工作温度与环境温度之间的差值；这样，即使在70℃以上的高温环境或-5℃以下的低温环境中，也不必为激光器内置的TEC提供过大的加热或制冷的电流，从而采用该项技术的长距离SFP+光模块可以应用于更宽的温度范围内。

然而，在实际应用中，本发明的发明人发现，对BIAS电流或MOD电压进行补偿时，仍然会消耗一定的功耗；尤其是在高温环境中，为了对BIAS电流进行补偿，需要加大BIAS电流，这使得高温环境下因BIAS补偿电流而造成功耗增加，导致光模块壳体发热量较大、散热困难，出现器件因温度过高而失效的现象。因此，有必要提供一种功耗更低的光模块使之可以应用于更宽温度范围的环境中。

发明内容

本发明的实施例提供了一种应用于宽温度范围中的光模块及其工作温度调节方法，用以降低光模块的功耗使之可应用于更宽温度范围的环境中。

根据本发明的一个方面，提供了一种应用于宽温度范围中的光模块，包括：

激光发射单元，其包括激光器以及驱动电路；所述激光器的光功率预先校准到特定的光功率范围内；

微程序控制器MCU和TEC控制电路，所述MCU用于在获取温度传感器检测的温度值后，根据预先存储的温度值与工作温度设定值之间的对应关系，确定获取的温度值所对应的工作温度设定值；根据确定出的工作温度设定值，控制所述TEC控制电路调节所述激光器的工作温度为相应的温度。

较佳地，所述激光器的消光比预先校准到特定的消光比范围内。

较佳地，所述光功率范围具体为：-1dBm～-0.5dBm。

较佳地，所述消光比范围具体为：6.5dB～7.5dB。

较佳地，所述光模块还包括：EA偏置电路，为所述激光器提供EA偏置电压；以及

所述EA偏置电路输出的EA偏置电压预先校准为满足通道代价指标要求的最大电压值。

较佳地，所述温度传感器内置于所述MCU中；以及所述激光器具体为EML激光器。

较佳地，所述TEC控制电路具体包括：

分压电路，与所述激光器内置的热电偶串联；

标准电压输出电路，用以输出标准电压到所述分压电路以及与其串联的热电偶上；

电压比较电路，其一个电压输入端，与所述分压电路和所述热电偶的连接点相连，用以获取所述分压电路上的电压，另一个电压输入端接入所述MCU确定出的工作温度设定值从其DAC输出端口输出的电压；所述电压比较电路比较两个电压输入端的电压，得到两者的电压差，将电压差从其输出端输出；

电压调节电路，其输入端与所述电压比较电路的输出端相连，根据所述电压比较电路输出的电压差，调节其输出端输出到所述激光器内置的TEC的电压。

较佳地，所述光模块还包括：

激光接收单元，用以根据所述光模块接收的光信号，将其转换为相应的电信号输出；

电源缓启动电路和DC-DC电源电路，所述电源缓启动电路接收3.3V电源供电后为所述激光接收单元、激光发射单元、MCU、TEC控制电路、EA偏置电路、DC-DC电源电路供电；

所述DC-DC电源电路接收所述电源缓启动电路的供电后，输出1.8V电压为所述驱动电路和所述激光接收单元中的限幅放大电路的内核供电；

CDR电路，用以将所述激光接收单元输出的电信号进行整型；以及

所述MCU还用于在保证信号质量的前提下控制所述CDR电路旁路。

根据本发明的另一个方面，提供了一种光模块的工作温度调节方法，包括：

光模块中的MCU在获取温度传感器检测的温度值后，根据预先存储的温度值与工作温度设定值之间的对应关系，确定获取的温度值所对应的工作温度设定值；并

根据确定出的工作温度设定值，控制所述TEC控制电路调节所述激光器的工作温度为相应的温度；

其中，所述光模块中的激光器的光功率预先校准到特定的光功率范围内。

较佳地，所述激光器的消光比预先校准到特定的光功率范围内；以及

所述光模块中的EA偏置电路输出的EA偏置电压预先校准为满足通道代价指标要求的最大电压值。

本发明实施例的光模块不再维持激光器的工作温度为恒定值，而是允许激光器的工作温度在一定范围内随环境温度相应地变化，从而在一个更宽的温度范围内也不用消耗过大的加热或制冷的功耗；并且，预先将激光器的光功率校准到一个合适的范围，使得光功率在激光器的工作温度变化范围内仍可以满足协议要求，而不必对BIAS电流或MOD电压进行补偿，更进一步节约了补偿功耗，使得光模块可以应用于更宽温度范围的环境中；

进一步，还可以预先将激光器的消光比校准到一个合适的范围，使得消光比在激光器的工作温度变化范围内仍可以满足协议要求，而不必对BIAS电流或MOD电压进行补偿，更进一步节约了补偿功耗，使得光模块可以应用于更宽温度范围的环境中；

进一步，还可以预先将EA偏置电压校准到一个合适的范围，从而可以更进一步减小BIAS电流以保证低功耗。

附图说明

图1a为现有技术的光模块中的部分电路示意图；

图1b为本发明实施例的光模块中的内部电路框图；

图2为本发明实施例的激光器的内部电路示意图；

图3为本发明实施例的TEC控制电路的内部电路框图；

图4为本发明实施例的电压比较电路、标准电压输出电路的具体电路示意图。

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，可以将光模块的光功率、消光比事先校准到一个合适的范围内；在光模块投入到应用时，不再维持激光器的工作温度为恒定值，而是允许激光器的工作温度在一定范围内随环境温度相应地变化；同时，也不再对BIAS电流、MOD电压进行补偿。虽然，激光器的工作温度在一定范围内变动，相应地，激光器的波长、光功率、消光比也会随激光器的工作温度在一定范围内进行改变；但是由于预先将光功率、消光比事先校准到一个合适的范围内；这样，即使激光器的光功率、消光比也会随激光器的工作温度有一定的变动，但可以使之变动范围在协议指标范围内。因此，不用对BIAS电流、MOD电压进行补偿也可以在一个宽的温度范围中得到在协议指标范围内的波长、光功率、消光比。因此，本发明的方法由于不用对BIAS电流进行补偿，进一步降低了光模块的功耗；尤其在高温环境下，不用加大对BIAS电流的补偿电流，就可以避免TEC电路在高温或者低温时工作实效，更利于光模块在高温环境中的应用。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例提供的应用于宽温度范围中的光模块的内部电路如图1b所示，包括：激光发射单元101、MCU（Microprogrammed Control Unit，微程序控制器）103、TEC控制电路104、EA偏置电路105。

激光发射单元101用以根据光模块接收的电信号发射光信号；例如，若光模块具体为以太网光端机中的光模块，则激光发射单元101接收以太网光端机中的交换机发送的数字差分电信号，并根据接收的数字差分电信号发射相应的光信号。

激光发射单元101中包括：激光器121及其驱动电路122。激光发射单元101的驱动电路122根据光模块接收的电信号驱动激光器121中的激光发射光源发射特定波长的光信号。即驱动电路122根据光模块接收的数字差分电信号驱动激光器121中的激光发射光源（图2中的LD）发射特定波长的光信号。具体地，驱动电路122与20PIN（管脚）电接口相连，光模块通过20PIN电接口与光模块之外的电路或设备相连。驱动电路122在通过电接口接收到数字差分电信号后，经过可旁路的CDR（时钟数据恢复）器件、均衡等处理后得到调制信号，并将调制信号送入到激光器121，用于对激光器121输出的光信号进行调制。驱动电路122为激光器121提供BIAS电流和调制信号，以驱动激光发射光源（图2中的LD）发射特定波长的光信号。其中，驱动电路122输出的BIAS电流和调制信号的MOD（调制）电压都是由MCU103控制设定的。

较佳地，激光器121可选用高效率、低功耗的EML激光器或CML激光器。

EA偏置电路105用以为激光器121提供EA偏置电压。EA偏置电路105通常由强驱动能力的运算放大器和充电泵电压反向器（Charge Pump VoltageInverters）构成，将MCU103通过DAC（Digital-to-Analog Converter，数字模拟转换器）输出端口输出的正电压转换成负电压输出给驱动电路122做负压偏置。也就是说，MCU103可以控制EA偏置电路105输出的EA偏置电压。

MCU103与驱动电路122相连，其可以控制驱动电路122输出的BIAS电流和MOD电压的大小。例如，MCU103与驱动电路122通过IIC总线相连，MCU103通过IIC总线向驱动电路122发送BIAS电流设定值，驱动电路122根据接收的BIAS电流设定值，输出相应大小的BIAS电流；MCU103通过IIC总线向驱动电路122发送MOD电压设定值，驱动电路122根据接收的MOD电压设定值，输出相应大小的MOD电压。再如，MCU103也可通过DAC输出端口输出相应的电压来控制驱动电路122输出的BIAS电流和MOD电压。

如图2所示，激光器121中内置了热电偶和TEC。TEC控制电路104具体与激光器121中的热电偶和TEC相连，用以调节激光器121内的温度，即调节激光器121的工作温度。

MCU103与TEC控制电路104相连，其可以控制TEC控制电路104调节激光器121的工作温度。具体地，MCU103可以通过通信总线，比如IIC（Inter-Integrated Circuit，交互集成电路）总线与TEC控制电路104相连，通过向TEC控制电路104发送参数或指令控制TEC控制电路104调节激光器121的工作温度；或者，MCU103通过DAC输出端口与TEC控制电路104相连，通过向TEC控制电路104输出模拟电压量来控制TEC控制电路104调节激光器121的工作温度。

MCU103在获取温度传感器检测的温度值后，根据预先存储的温度值与工作温度设定值之间的对应关系，确定获取的温度值所对应的工作温度设定值；并根据确定出的工作温度设定值，控制TEC控制电路104调节激光器121的工作温度为相应的温度。

在实际应用中，上述的温度传感器可以是设置在光模块中或设置于光模块的壳体上，较佳地，温度传感器可以是内置于MCU103中的。即本发明实施例的光模块可采用具有内置温度传感器的MCU。所述环境温度通常指的是光模块的壳体温度。

为便于描述，本文中将内置于MCU中的温度传感器所检测到的温度称为MCU温度，将激光器的工作温度简称为激光器温度。经过实验发现，MCU温度与环境温度具有某种对应关系；技术人员可以事先检测出MCU温度与环境温度之间的对应关系；例如，实际测试时，环境温度-40℃时MCU温度为-13℃；环境温度+85℃时MCU温度为110℃。

激光器温度与MCU温度的对应关系可以预先设定。例如，下表2示出了一个具体的激光器温度与MCU温度的对应关系表：

表2

激光器温度与上述的用于控制TEC控制电路104调节激光器121工作温度的工作温度设定值也具有对应关系。

由此，根据激光器温度与MCU温度之间的对应关系，以及激光器温度与工作温度设定值之间的对应关系，可以得到MCU温度与工作温度设定值之间的对应关系；技术人员可以将MCU温度与工作温度设定值之间的对应关系预先存储到MCU103中，MCU温度与工作温度设定值之间的对应关系具体可以是以函数的形式，或者表格的形式保存在MCU103中。由于MCU温度与环境温度具有某种对应关系，也就是说，MCU温度的高低也可反映出环境温度的高低，因此，MCU103通过内置的温度传感器检测的MCU温度也可反映当时的环境温度。如此，MCU103可以在获取温度传感器检测的MCU温度的温度值后，根据预先存储的温度值与工作温度设定值之间的对应关系，确定获取的温度值所对应的工作温度设定值；并根据确定出的工作温度设定值，控制TEC控制电路104调节激光器121的工作温度为相应的温度。

这样，在环境温度改变时，MCU103不一定控制TEC控制电路104将激光器121的工作温度维持在一个恒定的温度值上，而是控制TEC控制电路104随着环境温度调节激光器121的工作温度；由于激光器121的工作温度发生了改变，则可能会影响激光器121发射的激光的光功率和消光比；因此，在本发明中激光器121的光功率可以事先在校准过程中，预先校准到一个特定的光功率范围内，例如，校准到-1dBm～-0.5dBm的范围内；这样，即使激光器121的工作温度发生了改变、其光功率也随之改变，但是仍然可以保证光功率的变动范围在协议规定的范围内。

例如，通过上述的方法，在环境温度为-40℃～+85℃的范围内，激光器温度的变化范围为55℃～67℃；而常温下，激光器的光功率预先设置在特定范围-1dBm～-0.5dBm中；这样，激光器温度在55℃～67℃中变化时，激光器的光功率将在-2.6dBm～-1.7dBm内变动，而该变动范围满足802.3ae协议要求应用于10G以太网40km光模块对激光器的光功率要求：-4.7dBm～+4dBm。如此，光模块既可以节省用于调节激光器温度的功耗（节约加热或制冷的功耗），还可以节省用于为保证光功率恒定的BIAS补偿电流、和MOD补偿电压的功耗；从而使光模块具有更低的功耗，以便应用在一个更宽温度范围（-40℃～+85℃）的环境中，即可以应用在工业温度范围的环境中。更优地，激光器121的消光比也可事先在校准过程中，校准到一个特定的消光比范围内，例如，校准到6.5dB～7.5dB的范围内。这样，即使激光器121的工作温度发生了改变、其消光比也随之改变，但是仍然可以保证消光比的变动范围在协议规定的范围内。例如，通过上述的方法，在环境温度为-40℃～+85℃的范围内，激光器温度的变化范围为55℃～67℃；而常温下，激光器的消光比预先设置在特定范围6.5dB～7.5dB中；这样，激光器温度在55℃～67℃中变化时，激光器的消光比将在6.4dB～8.6dB内变动，而该变动范围满足802.3ae协议要求应用于10G以太网40km光模块对激光器的消光比要求：大于3dB。如此，光模块既可以节省用于调节激光器温度的功耗（节约加热或制冷的功耗），还可以节省用于为保证消光比恒定的BIAS补偿电流、MOD补偿电压的功耗；从而使光模块具有更低的功耗，以便应用在一个更宽温度范围（-40℃～+85℃）的环境中，即可以应用在工业温度范围的环境中。

更优地，也可事先在校准过程中将EA偏置电路105输出的EA偏置电压校准到一个特定的电压范围：将EA偏置电压设置在保证通道代价指标要求的较大电压值上，即将EA偏置电压设置为满足通道代价指标要求的最大电压值。例如，设置EA偏置电压为-0.35V。这样，同样的光功率输出可以减小BIAS电流以保证低功耗，以进一步减少光模块的功耗，同时保证接收信号的眼图质量。

同时，通过上述的方法，在环境温度为-40℃～+85℃的范围内，激光器温度的变化范围为55℃～67℃；而常温下，激光器的工作温度设为60℃。这样，激光器温度在55℃～67℃中变化时，激光器的波长将在1534.02nm～1535.08nm内变动，而该变动范围满足802.3ae协议要求应用于10G以太网40km光模块对激光器的波长要求：1530nm～1565nm。因此，此方法完全适用于TDM光模块。

如何校准激光器的光功率、消光比，以及EA偏置电路105输出的EA偏置电压为本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述。

事实上，上述的驱动电路122、EA偏置电路105、TEC控制电路104可分别采用现有技术中常用的驱动电路、EA偏置电路、TEC控制电路。

图3示出了一种具体的TEC控制电路，包括：电压比较电路301、电压调节电路302、分压电路303和标准电压输出电路304。图4示出了电压比较电路301、电压调节电路302、标准电压输出电路304的具体电路。

其中，分压电路303与所述激光器121内置的热电偶串联；分压电路303具体可以是一个电阻，电阻与激光器121内置的热电偶串联，2.5V的标准电压被加载到电阻与热电偶上。

标准电压输出电路304输出标准电压到所述分压电路以及与其串联的热电偶上。标准电压输出电路304输出的标准电压，比如可以是3.3V，或者2.3V的直流电压，具体电压值本领域技术人员可以根据实际情况来设定。图4中的U8MAX8842芯片及其外围元件构成了标准电压输出电路304。U8MAX8842芯片为稳压电路芯片。U8MAX8842芯片的第6管脚输出了2.5V的标准电压被加载到分压电路303与热电偶上。

电压比较电路301的一个电压输入端，与分压电路303和激光器121内置的热电偶的连接点相连，从而可以监测到热电偶上的电压的变化，或者分压电路303上的电压的变化。由于热电偶的阻值会随着温度的改变而改变，在热电偶上的电压也会相应改变，同样，在分压电路303上的电压也会相应改变；也就是说，分压电路303上的电压的变化，或者热电偶上的电压的变化，反映了激光器121内的温度的变化。

电压比较电路301的另一个电压输入端接入MCU103根据确定出的工作温度设定值从其DAC输出端口输出的电压。

电压比较电路301比较两个电压输入端的电压，得到两者的电压差，将电压差从其输出端输出。

图4中的U7NCS3001芯片和U5NCS3001芯片及其外围元件构成了电压比较电路301。U7NCS3001芯片和U5NCS3001芯片都为比较器芯片。图4中的电压比较电路301的一个电压输入端为U7NCS3001芯片的电压输入管脚3，该电压比较电路301的另一个电压输入端为U5NCS3001芯片的电压输入管脚4，该电压比较电路301的输出端为U5NCS3001芯片的电压输出管脚1。

电压调节电路302的输入端与电压比较电路301的输出端相连，其输出端与激光器121内置的TEC相连；电压调节电路302根据电压比较电路301输出的电压差，调节其输出端输出到TEC的温度调节电压。

电压调节电路302具体可以包括压控PWM芯片，即电压调节电路302为压控PWM（Pulse-Width Modulation，脉宽调制）电路。电压调节电路302的输入端即为压控PWM芯片MAX8521芯片的管脚10，电压调节电路302的输入端，即U6MAX8521芯片的管脚10与U5NCS3001芯片的电压输出管脚1相连，压控PWM芯片MAX8521芯片根据电压比较电路301输出的电压，进行PWM波的脉宽调制，调制后的PWM波从压控PWM芯片MAX8521芯片的管脚18和19输出；而压控PWM芯片MAX8521芯片的管脚18和19分别与激光器121的TEC-（图2中的第1管脚）和TEC+（图2中的第2管脚）相连，从而将调制后的PWM波输出到激光器的TEC。通过控制加载在激光器的TEC上的PWM波的占空比，就可以控制TEC的放热或吸热，从而达到控制激光器内的温度的目的。

例如，在需要对激光器进行升温时，电压调节电路302输出正脉宽比较大的脉冲调制电流；

在需要对激光器进行降温时，电压调节电路302输出正脉宽较小、负脉宽较大的脉冲调制电流。

因此，TEC控制电路104可以根据MCU103从其DAC输出端口输出的电压，调节输出到所述激光器内置的TEC的电压来改变激光器内的温度，即达到调节激光器的工作温度的目的。

或者，上述的电压调节电路302、标准电压输出电路304也可集成于高集成度的TEC控制芯片MAX8521中。MAX8521片内FET减少了外部元件的数目，高开关频率减小了外部元件的尺寸，且工作于单电源，在两个同步转换器输出之间连接TEC。这种工作方式允许在低电流时实现无死区和其它非线性的温度控制。这种策略保证在设置点非常接近环境工作点时，控制系统不会发生振荡，仅需少量的加热或者冷却。

进一步，本发明的实施例的光模块还包括：激光接收单元102、电源缓启动电路、DC-DC（直流转直流）电源电路，以及CDR电路（图中未标）。

激光接收单元102其用以根据光模块接收的光信号，将其转换为相应的电信号输出，具体可以是转换为数字差分电信号从20PIN电接口输出。激光接收单元102的内部包括：限幅放大电路和光接收组件；光接收组件中包括：光电二极管和TIA（跨阻放大器）。较佳地，光电二极管可选用灵敏度高的APD（Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管）或PIN（Positive-intrinsic negativediode，正本征负二极管）探测器。

电源缓启动电路与20PIN电接口相连，接收3.3V电源供电。电源缓启动电路接受供电后，向激光接收单元102、激光发射单元101、MCU103、TEC控制电路104、EA偏置电路105、DC-DC电源电路供电。电源缓启动电路为光模块提供了热插拔功能。

DC-DC电源电路接收电源缓启动电路的供电后，输出较低电压1.8V为驱动电路和限幅放大电路的内核供电；而驱动电路和限幅放大电路的端口仍然由电源缓启动电路供电。由于内核电压较低，采用外部DC-DC替代内置LDO(Low Drop Out regulator，低压差线性稳压器)，提高了降压的效率，从而进一步降低了光模块的功耗。

CDR电路与激光接收单元102相连或者内置于激光接收单元102中，用以将激光接收单元102的限幅放大器输出的电信号进行整型；

或者，CDR电路与激光发射单元101相连或内置于激光发射单元101中，用以对激光发射单元101中的驱动电路接收的电信号进行整型；

本发明的MCU103还可控制CDR电路是否旁路，在保证信号质量的前提下MCU103可控制CDR电路旁路，以进一步降低光模块的功耗。

本发明的光模块可应用于10G的SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字系列）光传输网、10G/8G光纤通道以及10G以太网等领域；例如，应用于SDH光端机中，或者应用于GBE光端机中；或者应用于ONU（光网络单元）中，或者应用于OLT（光线路终端）中。

下表3示出了应用了本发明的技术方案的两个10G40km SFP+光模块（分别为1#、2#光模块）在工业级温度范围内进行的功耗测试的结果：

表3

从表3可以看出，1#、2#光模块在-5℃～+70℃的工作温度范围内可以满足最大电流小于450mA的低功耗要求；同时扩展至工作温度范围（-40℃～+85℃）的最大电流也小于550mA，保持了极低的功耗。

下表4示出了应用了本发明的技术方案的两个10G40km SFP+光模块（分别为1#、2#光模块）在工业级温度范围内进行的性能测试的结果：

表4

表4可以看出，在-40℃～+85℃的工业级温度范围内光功率和消光比满足802.3ae协议要求，同时在-40C的低温和+85C高温眼图保证大于20%的以太网模板；保证了极好的光发射性能。

本发明实施例的光模块不再维持激光器的工作温度为恒定值，而是允许激光器的工作温度在一定范围内随环境温度相应地变化，从而在一个更宽的温度范围内也不用消耗过大的加热或制冷的功耗；并且，预先将激光器的光功率校准到一个合适的范围，使得光功率在激光器的工作温度变化范围内仍可以满足协议要求，而不必对BIAS电流或MOD电压进行补偿，更进一步节约了补偿功耗，使得光模块可以应用于更宽温度范围的环境中；

进一步，还可以预先将激光器的消光比校准到一个合适的范围，使得消光比在激光器的工作温度变化范围内仍可以满足协议要求，而不必对BIAS电流或MOD电压进行补偿，更进一步节约了补偿功耗，使得光模块可以应用于更宽温度范围的环境中；

进一步，还可以预先将EA偏置电压校准到一个合适的范围，从而可以更进一步减小BIAS电流以保证低功耗。

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 (10)

1.一种应用于宽温度范围中的光模块及其工作温度调节方法，包括：

激光发射单元，其包括激光器以及驱动电路；所述激光器的光功率预先校准到特定的光功率范围内；

微程序控制器MCU和TEC控制电路，所述MCU用于在获取温度传感器检测的温度值后，根据预先存储的温度值与工作温度设定值之间的对应关系，确定获取的温度值所对应的工作温度设定值；根据确定出的工作温度设定值，控制所述TEC控制电路调节所述激光器的工作温度为相应的温度。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器的消光比预先校准到特定的消光比范围内。

3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光功率范围具体为：-1dBm～-0.5dBm。

4.如权利要求1-3任一所述的光模块，其特征在于，所述消光比范围具体为：6.5dB～7.5dB。

5.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，还包括：EA偏置电路，为所述激光器提供EA偏置电压；以及

所述EA偏置电路输出的EA偏置电压预先校准为满足通道代价指标要求的最大电压值。

6.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述温度传感器内置于所述MCU中；以及所述激光器具体为EML激光器。

7.如权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述TEC控制电路具体包括：

分压电路，与所述激光器内置的热电偶串联；

标准电压输出电路，用以输出标准电压到所述分压电路以及与其串联的热电偶上；

电压比较电路，其一个电压输入端，与所述分压电路和所述热电偶的连接点相连，用以获取所述分压电路上的电压，另一个电压输入端接入所述MCU确定出的工作温度设定值从其DAC输出端口输出的电压；所述电压比较电路比较两个电压输入端的电压，得到两者的电压差，将电压差从其输出端输出；

电压调节电路，其输入端与所述电压比较电路的输出端相连，根据所述电压比较电路输出的电压差，调节其输出端输出到所述激光器内置的TEC的电压。

8.如权利要求6所述的光模块，其特征在于，还包括：

激光接收单元，用以根据所述光模块接收的光信号，将其转换为相应的电信号输出；

电源缓启动电路和DC-DC电源电路，所述电源缓启动电路接收3.3V电源供电后为所述激光接收单元、激光发射单元、MCU、TEC控制电路、EA偏置电路、DC-DC电源电路供电；

所述DC-DC电源电路接收所述电源缓启动电路的供电后，输出1.8V电压为所述驱动电路和所述激光接收单元中的限幅放大电路的内核供电；

CDR电路，用以将所述激光接收单元输出的电信号进行整型；以及

所述MCU还用于在保证信号质量的前提下控制所述CDR电路旁路。

9.一种光模块的工作温度调节方法，包括：

光模块中的MCU在获取温度传感器检测的温度值后，根据预先存储的温度值与工作温度设定值之间的对应关系，确定获取的温度值所对应的工作温度设定值；并

根据确定出的工作温度设定值，控制所述TEC控制电路调节所述激光器的工作温度为相应的温度；

其中，所述光模块中的激光器的光功率预先校准到特定的光功率范围内。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述激光器的消光比预先校准到特定的光功率范围内；以及

所述光模块中的EA偏置电路输出的EA偏置电压预先校准为满足通道代价指标要求的最大电压值。

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