CN105717590B - 提高sfp光模块光调制幅度的装置及应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高SFP光模块光调制幅度的装置，包括：一设置在SFP光模块发射端的VCCT电源接口和激光器驱动电路之间的升压机构，以通过增加激光器的驱动电流，进而提高SFP光模块的光调制幅度。本发明提供一种提高SFP光模块光调制幅度的装置，通过改善激光器驱动电路，提供更大激光器的驱动电流，从而使得激光器可以提供更大的光调制幅度，支持光信号传输到更远的距离。本发明还提供一种应用方法，其在激光器发光效率已知的条件下，提高激光器的驱动电流是提高光调制幅度的唯一方法。

Description

提高SFP光模块光调制幅度的装置及应用方法
技术领域
本发明涉及一种通过提高激光器驱动电路的电压进而提高SFP光模块的光调制幅度的装置。
背景技术
SFP是一种应用范围较广的光模块封装形式，该封装的结构尺寸以及电气和光学接口方式由行业内的多元协议所规定。电气接口由图1所示，其中VCCT和VCCR分别为光模块发射部分和接收部分的供电电源，多元协议规定该电源为3.3V+-5％，图1所出SFP光模块各电气接口定义。
光模块的光调制幅度主要由半导体激光器发光效率以及其工作电流所决定。如图2所示，IBIAS为激光器的直流偏置电流，IMOD为激光器的交流调制电流,Ith为激光器的阈值电流，IBIAS必须大于Ith，否则激光器无法正常工作。IMOD所对应光调制幅度表示光信号的有效功率，该功率越大则表示光信号可以传输更长的距离。
光调制幅度的大小主要取决于激光器的发光效率以及激光工作电流(即IBIAS+IMOD电流)的大小。如图3所示，根据半导体激光器的特性，发光效率会随着温度的升高而逐渐降低，这个时候为了维持光调制幅度变，则需要更大的激光器工作电流，这个时候驱动电路能够提供足够的激光器驱动电流尤其重要。
图4为现有的SFP光模块的激光器驱动电路，直接采用SFP电接口提供的VCCT电源接口供电，该电压为3.3V+-5％。该电路主要由激光器驱动芯片，半导体激光器，以及外围的电路所组成。其中Lp,LB为直流电通路的滤波电感或者是磁珠；RF和CF为高频信号匹配网络，用于调整激光器交流调制信号的质量，为可选电路；CD为交流电通路的耦合电容，用于隔离电容两端的直流电压，RD为阻尼电阻，用于调制激光器高速交流调制信号的质量，一般为5～20欧姆。
IMOD电流起源于VCCT,以及流经过半导体激光器，RD,CD,并从OUT+进入激光器启动芯片中的三极管和电路源电路最终到达信号地。IBIAS电流起源于VCCT,以及流经过半导体激光器，LB并从BIAS进入激光器启动芯片中的电路源电路最终到达信号地。通常半导体激光器有半导体节电压VL(0.7V左右)以及半导体等效电阻RL(一般为10欧姆左右)，因此，IMOD电流通路的电压分别由如下部分所分担：
1，激光器：VL+RL*(IMOD+IBIAS)
2,阻尼电阻：IMOD*RD
3，半导体激光器驱动芯片内部的三极管以及电流源电路所必须的工作电压。
因此，在现有的sfp光模块的激光器驱动电路中，当IMOD，IBIAS增加到一定量时，激光器和阻尼电阻上以及驱动芯片所需的瞬态压降之和如果超过了3.3V，则激光器驱动器无法再提供更高的IMOD电流。也就是说理论上可以通过增加激光器驱动电流，激光器可以提供更高的光调制幅度，但实际上往往收到驱动电路瞬态压降的限制，驱动电流提供能力有限，无法继续提高sfp光模块的光信号调制幅度。
故如上文所述，受限于SFP光模块多元协议，驱动电路工作时的激光器和阻尼电阻以及驱动芯片所需的瞬态压降之和最大只能到3.3V，通常情况下，激光器驱动器受限于该压降无法提供更大的驱动电流。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种提高SFP光模块光调制幅度的装置，通过改善激光器驱动电路，提供更大激光器的驱动电流，从而使得激光器可以提供更大的光调制幅度，支持光信号传输到更远的距离。
本发明还有一个目的是通过提供一种应用方法，其在激光器发光效率已知的条件下，提高激光器的驱动电流是提高光调制幅度的唯一方法。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种提高SFP光模块光调制幅度的装置，包括：
一设置在SFP光模块发射端的VCCT电源接口和激光器驱动电路之间的升压机构，以通过增加激光器的驱动电流，进而提高SFP光模块的光调制幅度。
优选的是，其中，所述升压机构被配置为一升压电路。
优选的是，其中，所述升压电路包括一升压芯片，以及设置在升压芯片外围以辅助实现升压功能多个电阻、电容及电感。
优选的是，其中，所述升压芯片被配置为开关电源型升压芯片TPS61070。
优选的是，其中，所述VCCT电源接口通过呈并联的两个第一电容C1、C2进而与开关电源型升压芯片TPS61070的接地引脚GND连接，所述VCCT电源接口通过一与第一电容C2并联的第一电感L1，进而与开关电源型升压芯片TPS61070的升压电源开关控制端引脚Sw连接，且所述VCCT电源接口的输出端还与开关电源型升压芯片TPS61070的使能引脚EN、及电压输入引脚VBAT连接。
优选的是，其中，所述开关电源型升压芯片TPS61070的电压信号输出端VO通过一第二电感L2进而输出完成升压后的电压VCCB；
其中，所述第二电感L2与VO之间还设置有呈并联状态连接的第一电阻R1及第二电容C3，所述第一电阻R1通过一与其呈串联的第二电阻R2进而接地，所述第二电容C3的输出端直接接地；
所述第二电感L2通过一并联且输出端接地的一第三电容C4，进而使得升压后的电压VCCB具有5伏的输出电压；
所述开关电源型升压芯片TPS61070的电压反馈输入端引脚FB连接至所述第二电阻R2的输入端，进而在GND之间通过第一电阻R1及第二电阻R2构成FB的分压电阻以确定输出电压。
优选的是，其中，所述第一电容C1、C2的标称容量和允许误差被分别配置为10微法、0.1微法，所述第二电容C3、第三电容C4的标称容量和允许误差均被配置为4.7微法；
所述第一电感L1的型号被配置为LQH3NPN100NM0，所述第二电感L2的型号被配置为BLM18PG221SNID；
所述第一电阻R1的阻值被配置为51KΩ,所述第二电阻R2的阻值被配置为7.5KΩ。
本发明的目的还可以进一步由应用所述装置的方法来实现，包括：
所述FFP光模块发射端的电源接口VCCT，通过所述升压机构提升输出电压，以使激光器驱动电路工作时激光器、阻尼电阻以及驱动芯片所需的瞬态压降之和最大值达到5V，提高驱动电路的最大输出电流，进而提高SFP光模块的光调制幅度。
本发明至少包括以下有益效果：其一，本发明通过增加升压电路，提升SFP根据多元协议提供的光模块发射部分的供电电源VCCT的电压，从而提高驱动电路工作时的激光器和阻尼电阻以及驱动芯片所需的瞬态压降的容限，从而使得驱动电路可以提供更大的激光器工作电流。
其二，本发明基于现有的激光器驱动电路，在SFP电气接口提供的VCCT电源和驱动电路之间增加了一级升压电路，该电路可以把VCCT的3.3V电压提升到比3.3V更高的电压，如提升到5V，这样就可以给驱动电路工作时的激光器和阻尼电阻以及驱动芯片所需的瞬态压降之和最大可以达到5V，从而使得驱动电路的最大输出电流不在受限于瞬态压降，从而可以最大化利用激光驱动器和激光器的性能，提供更大的光信号的调制幅度，达到更远的传输距离。
其三，本发明提供一种应用方法，其在激光器发光效率已知的条件下，提高激光器的驱动电流是提高光调制幅度的唯一方法。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为SFP光模块电气接口定义；
图2为激光器发射光功率和工作电流的关系；
图3为激光器发光效率和温度的关系；
图4为现有的sfp光模块的激光器驱动电路的结构示意图；
图5为本发明的一个实施例装置中sfp光模块的激光器驱动电路的结构示意图；
图6为本发明的另一个实施例中升压电路的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
根据本发明的一种提高SFP光模块光调制幅度的装置人实现形式，其中包括：
一设置在SFP光模块发射端的VCCT电源接口和激光器驱动电路之间的升压机构，以通过增加激光器的驱动电流，进而提高SFP光模块的光调制幅度。采用这种方案通过在SFP光模块的发射端增加一升压机构，以提高VCCT电源接口端的输出电压，进而使得激光器驱动电流同时增大，进而使得激光器驱动电路的最大输出电流不在受限于瞬态压降，从而可以最大化利用激光驱动器和激光器的性能，提供更大的光信号的调制幅度，达到更远的传输距离，具有可实施效果好，稳定性强，产器性能有保证的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
如图5所示，在另一种实例中，所述升压机构被配置为一升压电路1。采用这种方案中的通过一升压电路实现激光器驱动电路的升压功能，只是其中一种实现方式，也可以采用其它设备或方式进行替换实现升压效果，具有可实施效果好，操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
如图6所示，在另一种实例中，所述升压电路包括一升压芯片10，以及设置在升压芯片外围以辅助实现升压功能多个电阻、电容及电感。采用这种方案对升压电路的组成进行细化，以使其进一步的具有更好可实施效果和稳定性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
在另一种实例中，所述升压芯片被配置为开关电源型升压芯片TPS61070。采用这种方案的电路因使用TI公司的开关电源型升压芯片TPS61070完成升压功能，其余电阻，电容和电感为辅助实现此功能的外围器件。VCCT为SFP电气接口提供的光模块发射部分的供电电源，VCCB为升压以后的输出电压，在该设计中输出电压为5V，其通过对升压芯片的具体型号进行配置，以使其可根据需要提供更好，更稳定的升压功能，同时具有更强的可控性和操作性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
在另一种实例中，所述VCCT电源接口11通过呈并联的两个第一电容C1 12、C2 13进而与开关电源型升压芯片TPS61070的接地引脚GND连接，所述VCCT电源接口通过一与第一电容C2并联的第一电感L1 14，进而与开关电源型升压芯片TPS61070的升压电源开关控制端引脚Sw连接，且所述VCCT电源接口的输出端还与开关电源型升压芯片TPS61070的使能引脚EN、及电压输入引脚VBAT连接。采用这种方案对开关电源型电压芯片的电压输入端电路连接方式进一步进行细化，以使其能具有更好的产品稳定性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
在另一种实例中，所述开关电源型升压芯片TPS61070的电压信号输出端VO通过一第二电感L2 15进而输出完成升压后的电压VCCB；
其中，所述第二电感L2与VO之间还设置有呈并联状态连接的第一电阻R1 16及第二电容C3 17，所述第一电阻R1通过一与其呈串联的第二电阻R218进而接地，所述第二电容C3的输出端直接接地；
所述第二电感L2通过一并联且输出端接地的一第三电容C4 19，进而使得升压后的电压VCCB具有5伏的输出电压；
所述开关电源型升压芯片TPS61070的电压反馈输入端引脚FB连接至所述第二电阻R2的输入端，进而在GND之间通过第一电阻R1及第二电阻R2构成FB的分压电阻以确定输出电压。采用这种方案对开关电源型电压芯片的电压输出端电路连接方式进一步进行细化，进而构成一个完整的升压电路，以使其能更好的适应在本发明的具体实施例中，以使其能具有更好的实施效果，更加稳定的产品性能的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
在另一种实例中，所述第一电容C1、C2的标称容量和允许误差被分别配置为10微法、0.1微法，所述第二电容C3、第三电容C4的标称容量和允许误差均被配置为4.7微法；
所述第一电感L1的型号被配置为LQH3NPN100NM0，所述第二电感L2的型号被配置为BLM18PG221SNID；
所述第一电阻R1的阻值被配置为51KΩ,所述第二电阻R2的阻值被配置为7.5KΩ。采用这种方案对升压电路的各组成电容、电感及电阻的具体型号进一步的进行限定，以使其具有更好的可实施性，提供更加稳定的升压效果，具有可操作性强，实施效果好，稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
上述方案中装置的一种实现方法，包括：
所述FFP光模块发射端的电源接口VCCT，通过所述升压机构提升输出电压，以使激光器驱动电路工作时激光器、阻尼电阻以及驱动芯片所需的瞬态压降之和最大值达到5V，提高驱动电路的最大输出电流，进而提高SFP光模块的光调制幅度。采用这种方案基于现有的激光器驱动电路，在SFP电气接口提供的VCCT电源和驱动电路之间增加了一级升压电路，该电路可以把VCCT的3.3V电压提升到比3.3V更高的电压，如果提升到5V的话，这样可以给驱动电路工作时的激光器和阻尼电阻以及驱动芯片所需的瞬态压降之和最大可以达到5V，从而使得驱动电路的最大输出电流不在受限于瞬态压降，从而可以最大化利用激光驱动器和激光器的性能，提供更大的光信号的调制幅度，达到更远的传输距离，具有可实施效果好，操作简单，利于实现，且产品性能稳定的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和修改。
该发明的优点是驱动电路的最大输出电路不再受限于瞬态压降，从而可以最大化利用激光驱动器和激光器的性能，提供更大的光信号的调制幅度，达到更远的传输距离。
缺点是由于驱动电流的提高，激光器驱动电路的整体功耗有所上升，但其不影响产品的整体性能。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的提高SFP光模块光调制幅度的装置及应用方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种提高SFP光模块光调制幅度的装置，其特征在于，包括：
一设置在SFP光模块发射端的VCCT电源接口和激光器驱动电路之间的升压机构，以通过增加激光器的驱动电流，进而提高SFP光模块的光调制幅度；
其中，所述升压机构被配置为一升压电路，包括一升压芯片，以及设置在升压芯片外围以辅助实现升压功能多个电阻、电容及电感，所述升压芯片被配置为开关电源型升压芯片TPS61070。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述VCCT电源接口通过呈并联的两个第一电容C1、C2进而与开关电源型升压芯片TPS61070的接地引脚GND连接，所述VCCT电源接口通过一与第一电容C2并联的第一电感L1，进而与开关电源型升压芯片TPS61070的升压电源开关控制端引脚Sw连接，且所述VCCT电源接口的输出端还与开关电源型升压芯片TPS61070的使能引脚EN、及电压输入引脚VBAT连接。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述开关电源型升压芯片TPS61070的电压信号输出端VO通过一第二电感L2进而输出完成升压后的电压VCCB；
其中，所述第二电感L2与VO之间还设置有呈并联状态连接的第一电阻R1及第二电容C3，所述第一电阻R1通过一与其呈串联的第二电阻R2进而接地，所述第二电容C3的输出端直接接地；
所述第二电感L2通过一并联且输出端接地的一第三电容C4，进而使得升压后的电压VCCB具有5伏的输出电压；
所述开关电源型升压芯片TPS61070的电压反馈输入端引脚FB连接至所述第二电阻R2的输入端，进而在GND之间通过第一电阻R1及第二电阻R2构成FB的分压电阻以确定输出电压。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一电容C1、C2的标称容量和允许误差被分别配置为10微法、0.1微法，所述第二电容C3、第三电容C4的标称容量和允许误差均被配置为4.7微法；
所述第一电感L1的型号被配置为LQH3NPN100NM0，所述第二电感L2的型号被配置为BLM18PG221SNID；
所述第一电阻R1的阻值被配置为51KΩ,所述第二电阻R2的阻值被配置为7.5KΩ。
5.一种如权利要求4所述装置的应用方法，其特征在于，包括：
所述SFP光模块发射端的电源接口VCCT，通过所述升压机构提升输出电压，以使激光器驱动电路工作时激光器、阻尼电阻以及驱动芯片所需的瞬态压降之和最大值达到5V，提高驱动电路的最大输出电流，进而提高SFP光模块的光调制幅度。
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