CN107132625A - 一种光模块及其温度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例示出一种光模块及其温度补偿方法，具体的，根据光接收组件与印制电路板利用柔性线路板连接的结构特点，在光模块中的柔性线路板上制作加热层；然后，利用光模块中的处理器根据获取到的光模块温度值控制加热层的进行加热；最后，利用热传导的方式，实现加热层对光接收组件中的雪崩光电二极管的加热，补偿雪崩光电二极管所处环境的温度变化，最终达到改善低温时雪崩光电二极管的性能劣化的目的。本实施例提供光模块，由于只需要在柔性线路板上增设加热层就可以改善光模块在低温时的接收灵敏度，不需要对光接收组件的结构和元器件做改变，因此，还具有结构简单、方便实施的优点。

Description

一种光模块及其温度补偿方法

技术领域

本发明涉及光通信领域技术领域，特别涉及一种光模块及其温度补偿方法。

背景技术

近几年以来，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网越来越多的采用了光纤进行传输；FTTC(Fiber To The Curb，光纤到路边)、FTTB(Fiber To The Building，光纤到楼)、FTTH(Fiber To The House，光纤到户)、FTTD(Fiber To The Desk，光纤到桌面)正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光模块来实现光信号与电信号之间的转换。

光模块包括光接收组件和发射光组件。光接收组件用于将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别；发射光组件用于将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输。

随着光纤通信的发展，光传输系统对光模块提出更高的要求。光模块逐渐向小尺寸、低功耗、大容量及高接收灵敏度的方向发展。光模块的接收灵敏度主要取决于雪崩光电二极管(avalanche photodiodes，APD)的响应度。APD的响应度易受环境温度的影响。例如，在低温时，APD出现输出不稳定的情况，从而造成光模块接收灵敏度的劣化。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种光模块及其温度补偿方法，以解决光模块在低温时会出现接收端灵敏度劣化的现象的问题。

根据本发明的实施例第一方面提供一种光模块，包括光接收组件、柔性线路板、印制电路板、以及设置在所述印制电路板上的处理器，其中：

所述柔性线路板的一端与所述光接收组件的尾部连接、另一端与所述印制电路板连接；

所述柔性线路板上还设有与所述处理器连接的加热层；

所述加热层，用于在所述处理器的控制下为所述光接收组件中的雪崩光电二极管加热。

本发明实施例第二方面示出一种光模块的温度补偿方法，所述方法包括：

获取所述光模块的环境温度值；

判断所述环境温度值是否小于预置温度阈值；

如果所述环境温度值小于预置温度阈值，则根据所述环境温度值确定所述加热层为所述光接收组件中的雪崩光电二极管加热的功率。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的光模块及其温度补偿方法，根据光接收组件与印制电路板利用柔性线路板连接的结构特点，在柔性线路板上制作加热层；然后，利用光模块中的处理器根据获取到的光模块温度值控制加热层的进行加热；最后，利用热传导的方式，实现加热层对光接收组件中的雪崩光电二极管的加热，补偿雪崩光电二极管所处环境的温度变化，最终达到改善低温时雪崩光电二极管的性能劣化的目的。本实施例提供光模块，由于只需要在柔性线路板上增设加热层就可以改善光模块在低温时的接收灵敏度，不需要对光接收组件的结构和元器件做改变，因此还具有结构简单、方便实施的优点。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光模块的结构框图；

图2为本发明实施例提供的光模块的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的柔性线路板的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的柔性线路板与光接收组件的连接结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光模块的温度补偿方法的基本流程示意图。

图1-5中，具体符号表示为：

10-光接收组件，20-柔性线路板，30-印制电路板，40-处理器，50-DC-DC电源芯片，11-管脚，21-上覆盖层，22-导电层，23-加热层，24-下覆盖层，25-卡接孔，41-温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对光模块中的雪崩光电二极管的接收灵敏度易受环境温度的影响，尤其在低温环境中时，雪崩光电二极管容易出现工作不稳定，造成光模块接收灵敏度劣化的问题。本发明实施例提供了一种光模块及其温度补偿方法，其基本设计原理为：针对高速率光模块，由于其对电路阻抗、信号一致性等要求较高，在光接收组件和PCB印制电路板的连接多采用柔性线路板连接的结构特点，本发明在在常规柔性线路板基础上，增加一层加热层，当光接收组件所处环境温度低于目标温度时，则控制加热层进行加热，利用热传导作用，实现为光接收组件中的雪崩光电二极管加热。

基于上述原理，下面将对本发明实施例提供的光模块进行详细介绍。图1为本发明实施例提供的一种光模块的结构框图，图2为本发明实施例提供的光模块的局部结构示意图。如图1和图2所示，该模块具体包括如下元器件：

用于光电转换、将接收的光信号转换为电信号的光接收组件10、与光接收组件10的尾部连接的柔性线路板20、与柔性线路板20连接的印制电路板30，印制电路板30上还设置有责模块光模块各元器件的上电初始化及配置、工作监管等工作的处理器40。

另外，柔性线路板20上还设有与处理器40连接的加热层23，该加热层23用于在所述处理器的控制下为所述光接收组件中的雪崩光电二极管加热。

具体的，处理器40中内置有DAC(Digital-to-Analog Converter，数字模拟转换器)，处理器40中的一个DAC输出端口与加热层23的加热管脚相连接。在处理器40获取到来自温度传感器41的检测温度值后，可以将获取的温度值与预先设定的预置温度阈值进行比较；若该检测温度值小于预置温度阈值，则根据检测温度值，确定出与检测温度值相对应的电压(电流)输出值；最后，根据确定出的电压(电流)输出值，处理器40从DAC输出端口输出相应电压(电流)到加热层7的加热管脚；否则，处理器40从DAC输出端口输出值为0。上述的预置温度阈值本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，例如，将预置温度阈值设置为光接收组件中雪崩光电二极管的灵敏度最佳点温度。

其中，上述加热层23可以由电阻值一定的加热材料制成，这样，当温度传感器41上传的检测温度值小于预置温度阈值时，则处理器5发送相应的电压信号至加热层23，以控制加热层23两端的电压升高。已知加热层23的电阻值恒定，加热层23两端的电压增大时，加热层23的加热功率增加，进而使加热层23的温度升高，加热层23通过热传递的方式将热量传递至雪崩光电二极管，使光电雪崩光电二极管的温度增加，保证光模块即使处于低温环境(如-10℃以下)中，也不会出现灵敏度劣化的现象。

另外，上述温度传感器41可以为处理器40内部的传感器，这样，处理器40通过其内部传感器41检测芯片内部温度，然后通过补偿校准差值，得到光接收组件10中的雪崩光电二极管所处环境的检查温度值。当然，为使上述检测温度值更为精确，上述温度传感器41还可以设置在光接收组件10周围，并且温度传感器41将采集到的检测温度值实时发送给处理器40。

进一步的，考虑当前处理器40的DAC管脚输出的最大电流值通常较小，难以驱动加热层23工作，而自带信号放大功能的处理器40通常面积较大给光模块内部布板带来困难、并且其成本较高的问题，本发明实施例提供的光模块还包括DC-DC电源芯片50。其中，该DC-DC电源芯片50的电源输入端与处理器的模数转换输出端连接，DC-DC电源芯片50的电压输出端与加热层的输入端连接。

当温度传感器41上传的温度值小于预置温度阈值时，处理器40发出相应的电压信号，DC-DC电源芯片50根据接收到的电压信号转换成的另一个电压值，DC-DC电源芯片50电压输出管脚输出的电压，输出给加热层23的加热管脚，通过改变电压大小来控制其加热功率，进而控制雪崩光电二极管的温升。

当然，本实施例提供的光模块中还可以包括用于电光转换将高速信号转换为光信号发送出去的光发射组件，以及设置在印制电路板30上的用于将高速信号进行重新整形以提高信号质量的时钟数据恢复模块、用于驱动光发射组件发光发送高速信号的激光驱动器、用于将光接收组件转换后的弱电电信号进行放大输出的限幅放大器等元器件，本发明实施例在此不再一一赘述。

进一步的，为了提高加热层23所产生热量的利用效率，加热层23优选设置在柔性线路板20中与光接收组件10的尾部连接的部分，即只有在柔性线路板20中用于连接光接收组件的部分设置有加热层、其它部分不设置；同时，为保证雪崩光电二极管受热均匀，加热层23的面积大于或等于柔性线路板20与光接收组件10接触区域的面积。利用上述结构，加热层23所产生的热量可以更多的通过热传导方式，为雪崩光电二极管加热，减少了扩散到光模块内部的热量，进而既可以保证雪崩光电二极管使用环境的温度，又可以防止因加热层23散热影响光模块内其它元器件的使用环境温度。当然，加热层23并不限于本实施例所提供的位置，还可以将加热层23设置在柔性线路板20中的其它任意位置、或者设计为与柔性线路板20相等面积的结构。

图3为本发明实施例提供的柔性线路板的剖面结构示意图。如图3所示，该柔性线路板依次包括上覆盖层21、导电层22、加热层23和下覆盖层22，其中，下覆盖层22用于与光接收组件10的尾部相接触。其中，上覆盖层21和下覆盖层24可以采用为聚酰亚胺材料制成，并通过粘合剂粘贴在导电层22和加热层23上；导电层22可以由绝缘层和印制在绝缘层上的铜线路组成，加热层23也可以由绝缘层和印制在绝缘层上的导电加热线组成，上述绝缘层可以采用酰亚胺材料制成，导电加热线可以采用镍铬材料制成，但不限于本发明实施例提供的材料。

由于上述加热层23设置在导电层22和下覆盖层22之间，所以，可以导电层22的铜线路和加热层23的加热电线印制在同一绝缘层的两个表面上，这样不仅可以节省绝缘层的使用材料，另外，还可以减小柔性线路板的材料层数，进而可以减小柔性线路板的厚度，保证柔性线路板的折弯柔韧性，防止光发射组件10与印制线路板30装配后容易出现柔性线路板20折弯断裂开路，导致的光模块失效的问题。同时，本实施例提供的加热层23印制在柔性线路板中，不会增加额外的焊接点，可有效的避免焊接点阻抗不匹配的问题。

进一步的，由于上述加热层23设置在导电层22和下覆盖层24之间，并且下覆盖层22用于与光接收组件10的尾部相接触，因此，本实施例中的加热层23是设置在靠近光接收组件中需要加热的面，这样加热层23所产生的热量可以更快速的传导至雪崩光电二极管处，提高对雪崩光电二极管温度调节的速度，同时，可以较少加热层23的热量损失，提高热量利用率。

为进一步提高加热层23所产生热量的利用率，加热层23中的导电加热线在光组件连接部中的分布密度大于在柔性线路板其它区域中的分布密度，其中，柔性线路板中与光接收组件的尾部连接的部分为光组件连接部。

当然，上述加热层23还可以设置在上述下覆盖层24的表面、上覆盖层21的表面或者上覆盖层21和导电层22之间；另外，上述导电层23的层数并不限于一层，还可以设计为多层结构，本实施例在此不再一一赘述。

另外，为了防止因加热层23的引入，导致柔性线路板的柔韧性变差，本实施例还可以在柔性线路板中设置凹陷的折弯区，减小柔性线路板部分需要折弯位置的厚度，进而提升柔性线路板的柔韧性，减小折弯难度并保证柔性线路板的连通性能。具体的，上述弯折区可以设置于上述柔性线路板20中的任一层中。

图4为本发明实施例提供的柔性线路板与光接收组件的连接结构示意图。如图4所示，由于光接收组件10的尾部设置有多个用于与柔性线路板20中的导电线路连接的管脚11，相应的，根据上述管脚11的尺寸和分布位置，本发明实施例在柔性线路板20的一端开设置有卡接孔25，即使卡接孔25与管脚11相适配。在进行装配时，管脚11穿过卡接孔25，从而实现对柔性线路板20的限位。进一步的，卡接孔25与管脚11可以采用过盈配合的方式，即卡接孔25的直径可以稍小于管脚11的直径，这样可以提高对柔性线路板20的限位牢固度，还可以保证卡接孔25与管脚11接触导电性能。另外，为保证柔性线路板20与光接收组件10连接的牢固度，还可以在装配后，对卡接孔25与管脚11连接处用焊料进行焊接；或者，柔性线路板20与光接收组件10还可以采用直接焊接的方式。

进一步的，为使柔性线路板20可以紧贴光接收组件10的尾部，以使加热层23更多的将热量传递给光接收组件10中的雪崩光电二极管，减少热量的损失，提高热量的利用率，本实施例中，柔性线路板20呈弧形弯折状，即柔性线路板20发生弹性形变，在回弹力的作用力下，使柔性线路板20更加紧密的贴合在光接收组件10尾部。

基于上述光模块中光接收组件10、柔性线路板20以及处理器40的结构设计。本发明实施例还提供了一种光模块的温度补偿方法。图5为本发明实施例提供的一种光模块的温度补偿方法的基本流程示意图。如图5所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S110：获取所述光模块的环境温度值。

具体的，处理器内部的温度传感器可以实时检测处理器的温度，然后，处理器根据光模块中光接收组件的环境温度与处理器温度之间的对应关系，得到光接收组件当前所处环境的环境温度值。由于处理器内部温度与环境温度具有某种对应关系，也就是说，处理器内部温度的高低也可反映出环境温度的高低，因此，处理器通过内置的温度传感器检测的MCU温度也可反映当时的光接收组件的环境温度。

另外，处理器还可以直接接收设置在光接收组件周围的传感器检测到的温度，作为光模块中光接收组件的环境温度值。

步骤S120：判断所述环境温度值是否小于预置温度阈值。

其中，上述预置温度阈值可以根据实际需要设定，例如采用光接收组件中的雪崩光电二极管的灵敏度最佳点温度为预置温度阈值。如果环境温度值小于预置温度阈值，则执行步骤S130，相反，如果环境温度值大于或等于预置温度阈值，则返回继续执行步骤S110。

步骤S130：如果所述环境温度值小于预置温度阈值，则根据所述环境温度值确定所述加热层为所述光接收组件中的雪崩光电二极管加热的功率。

具体的，可以处理器可以将环境温度值与加热层的工作功率之间的对应关系预先存储到处理器中，其中，环境温度值与加热层的工作功率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处理器中。

利用上述对应关系，处理器根据确定出的加热层的加热功率，控制加热层为光接收组件中的雪崩光电二极管加热，使光接收组件的环境温度为相应的温度，即补偿雪崩光电二极管所处环境的温度变化，进而避免光模块在低温时会出现接收端灵敏度劣化的现象。

其中，根据环境温度值确定加热层的加热功率，可以根据加热层的类型确定，例如，加热层为电阻值确定的结构，则处理器可以遍历预先设置好的电压值表，确定上述环境温度值对应的电压输出值，然后根据确定出的电压输出值，将所述电压输出值的电压输出给具有固定电阻值的加热层，或者，加热层与处理器之间设置有多个开关，每个开关对应的加热层的电阻值不同、即加热功率不同，则处理器可以根据确定出的加热功率，选通相应的开关。

本发明实施例使用的“模块”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。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括光接收组件、柔性线路板、印制电路板、以及设置在所述印制电路板上的处理器，其中：

所述柔性线路板的一端与所述光接收组件的尾部连接、另一端与所述印制电路板连接；

所述柔性线路板上还设有与所述处理器连接的加热层；

所述加热层，用于在所述处理器的控制下为所述光接收组件中的雪崩光电二极管加热。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述加热层设置在所述柔性线路板中的导电层和下覆盖层之间，所述下覆盖层与所述光接收组件的尾部相接触。

3.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述加热层中设有导电加热线，其中：

所述柔性线路板中与所述光接收组件的尾部连接的部分为光组件连接部；

所述导电加热线在所述光组件连接部中的分布密度大于在所述柔性线路板其它区域中的分布密度。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述加热层设置在所述柔性线路板中与所述光接收组件的尾部连接的部分，所述加热层的面积大于或等于所述柔性线路板与所述光接收组件接触区域的面积。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括DC-DC电源芯片，所述DC-DC电源芯片的电源输入端与所述处理器的模数转换输出端连接，所述DC-DC电源芯片的电压输出端与所述加热层的输入端连接。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述处理器内部中设有温度传感器，其中：

所述处理器，用于根据来自所述温度传感器的光模块温度值、以及预先存储的光模块温度值与电压输出值的对应关系，输出相应的电压到所述加热层。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述柔性线路板呈弧形弯折状，所述柔性线路板与所述光接收组件的尾部贴合焊接。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光接收组件的尾部设置有管脚，所述柔性线路板的一端开设有卡接孔，所述管脚穿过所述卡接孔，以实现对所述柔性线路板的限位。

9.一种光模块的温度补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述光模块的环境温度值；

判断所述环境温度值是否小于预置温度阈值；

如果所述环境温度值小于预置温度阈值，则根据所述环境温度值确定所述加热层为所述光接收组件中的雪崩光电二极管加热的功率。

10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，根据所述环境温度值确定所述加热层为所述光接收组件中的雪崩光电二极管加热的功率，包括：

遍历电压值表，确定所述环境温度值对应的电压输出值；

将所述电压输出值的电压输出给具有固定电阻值的所述加热层。