CN107276673B - 一种光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光模块，用以解决现有技术中的光模块缺少上行链路的输出信号控制机制，无法根据接收的上行信号控制上行信号的输出，容易造成上行链路输出信号混乱问题。该光模块，包括光电二极管、跨阻放大器、限幅放大器、谐振电路和控制单元；跨阻放大器转化来自光电二极管的电流信号，向限幅放大器及谐振电路提供电压信号；谐振电路根据速率对电压信号进行衰减，并向控制单元输出衰减后的电压信号；控制单元根据衰减后的电压信号控制限幅放大器的输出。本发明实施例提供的光模块能够根据谐振电路输入到控制单元的电压信号控制限幅放大器的输出，从而能够根据接收的上行信号控制上行信号的输出，避免上行链路输出信号的混乱。

Description

一种光模块
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种光模块。
背景技术
随着用户对高清IPTV(Internet Protocol Television，网路协定电视)、视频监控等高带宽业务需求的不断增长，产业界逐渐认识到，现有的EPON(Ethernet PassiveOptical Network，以太网无源光网络)和GPON(Gigabit Passive Optical Network，吉比特无源光网络)技术均难以满足业务长期发展的需求，特别是在光纤到楼和光纤到节点场景。光接入网在带宽、业务支撑能力以及接入节点设备功能和性能等方面都面临新的升级需求。未来二十年我国带宽需求将迅速增加，每户高达10Gbps(吉比特每秒)。随着10Gbps以太网在数据中心和城域网中应用的日渐增多，10G(吉比特)PON(Passive OpticalNetwork，无源光网络)方案的相对经济优势将得以保持。可兼容升级特性以及光纤接入网络与日俱增的带宽要求，将使10G PON技术快速得到大范围推广应用。
如图1所示，在10G GPON领域的光模块101的兼容性方案为通过分光器(Splitter)102兼容XGS-PON、XG-PON和GPON多种制式的ONU(Optical Network Unit，光网络单元)，其中XGS-PON、XG-PON和GPON制式对应的波长和传输速率如表1所示，可见，10G GPON领域的光模块101的需要兼容以下制式中的部分或全部：波长位于1575～1580nm(纳米)的9.953Gbps的下行连续发射，波长位于1480～1500nm的2.488Gbps的下行连续发射以及波长位于1260～1280nm的9.953Gbps/2.488Gbps的上行突发接收和波长位于1290～1330nm的1.244Gbps的上行突发接收。
Figure BDA0001351276360000011
Figure BDA0001351276360000021
表1
在兼容多种上行信号制式的光模块中，光模块的某一条上行链路通过光电二极管接收某一制式的上行信号并将处理后的信号向上行网络节点输出，但由于目前没有一种用于控制上行信号输出的机制，即便该上行链路通过光电二极管接收的信号与上行链路的上行制式不符，上行链路仍将输出该制式的上行信号，如此一来容易造成光模块某一上行制式的上行链路输出错误制式的信号，造成光模块的上行链路输出信号的混乱。
综上，现有技术中的光模块缺少上行链路的输出信号控制机制，无法根据接收的上行信号控制上行信号的输出，容易造成上行链路输出信号的混乱。
发明内容
本发明提供一种光模块，用以解决现有技术中的光模块缺少上行链路的输出信号控制机制，无法根据接收的上行信号控制上行信号的输出，容易造成上行链路输出信号的混乱的问题。
本发明实施例提供的一种光模块，包括光电二极管、跨阻放大器、限幅放大器、谐振电路和控制单元；
跨阻放大器的一端与光电二极管相连，另一端分别与限幅放大器的输入端及谐振电路的输入端相连；
跨阻放大器转化来自光电二极管的电流信号，向限幅放大器及谐振电路提供电压信号；
谐振电路的输出端与控制单元的输入端相连，控制单元的输出端与限幅放大器的控制端相连；
谐振电路根据速率对电压信号进行衰减，并向控制单元输出衰减后的电压信号；
控制单元根据衰减后的电压信号控制限幅放大器的输出。
根据本发明提供的光模块，谐振电路根据速率对电压信号进行衰减，并向控制单元输出衰减后的电压信号，之后由控制单元根据衰减后的电压信号控制限幅放大器的输出。基于此，本发明实施例提供的光模块能够根据谐振电路输入到控制单元的电压信号控制限幅放大器的输出，从而能够根据接收的上行信号控制上行信号的输出，避免上行链路输出信号的混乱。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，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当前10G GPON领域兼容光模块网络架构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图(一)；
图3为本发明实施例提供的兼容多种上行制式的光模块的架构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图(二)；
图5为本发明实施例提供的LC谐振电路对信号的衰减作用与信号的谐振频率的关系示意图；
图6为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图(三)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
以图2说明本发明实施例中一种光模块，该光模块包括光电二极管201、跨阻放大器202、限幅放大器203、谐振电路204和控制单元205：
跨阻放大器202的一端与光电二极管201相连，另一端分别与限幅放大器203的输入端及谐振电路204的输入端相连；
跨阻放大器202转化来自光电二极管201的电流信号，向限幅放大器203及谐振电路204提供电压信号；
谐振电路204的输出端与控制单元205的输入端相连，控制单元205的输出端与限幅放大器203的控制端相连；
谐振电路204根据速率对电压信号进行衰减，并向控制单元205输出衰减后的电压信号；
控制单元205根据衰减后的电压信号控制限幅放大器203的输出。
本发明实施例中，电压信号由于经过谐振电路204后产生衰减，且电压信号的衰减幅度与信号的速率相关，控制单元205根据衰减后的电压信号控制限幅放大器203的输出，其中，电压信号由跨阻放大器202分别向谐振电路204和限幅放大器203输出，电压信号是跨阻放大器202根据光电二极管201发送的电流信号转化得到的，限幅放大器203用于根据控制单元205的指示将接收的电压信号向上行方向的网络节点输出或者停止输出。本发明实施例提供的光模块能够根据谐振电路输入到控制单元的信号控制限幅放大器的输出，从而能够根据接收的上行信号控制上行信号的输出，避免上行链路输出信号的混乱。
本发明实施例中，光电二极管201用于接收上行光信号并将光信号转化为电流信号，其中，光电二极管201无法区分接收的上行信号的制式，即使光电二极管201能接收到与其所在的上行链路对应上行制式的信号速率不相符的光信号，光电二极管201仍然会将该光信号转化为电流信号并向跨阻放大器202输出。光电二极管201可以是APD(AvalanchePhoto Diode，雪崩光电二极管)。
本发明实施例中，谐振电路是指能够对经过的信号产生谐振的电路，例如串联谐振电路和并联谐振电路，其中谐振电路由L(电感)、C(电容)和/或R(电阻)通过串联、并联或者混联的方式构成。根据谐振电路的频率响应效应，不同信号速率的信号在经过同一谐振电路后的衰减幅度不同，其中信号速率所对应的信号频率等于谐振电路的谐振频率的信号在经过谐振电路后的衰减最小。
可选地，控制单元具体用于：判断衰减后的电压信号的信号幅度是否满足幅度条件，若确定信号幅度不满足幅度条件，则关断限幅放大器的输出；否则，打开限幅放大器的输出。
本发明实施例中，控制单元在判断输入的信号幅度不满足幅度条件后，关断限幅放大器的输出或者维持限幅放大器的输出关断状态，以及控制单元在判断输入的信号幅度满足幅度条件后，打开限幅放大器的输出或者维持限幅放大器的输出状态。
由于在相同信噪比条件下信号速率与信号频率之间一一对应，因此不同信号速率的信号在经过同一谐振电路后的衰减幅度不同，基于此，本发明实施例根据不同信号速率的信号在经过同一谐振电路后的信号幅度判断对应的信号是否是满足幅度条件的信号，在确定不是后，关断限幅放大器的输出信号，使得不满足幅度条件的信号无法输出，避免上行链路输出信号的混乱。
举例来说，预先根据光电二极管所在上行链路对应的上行制式的信号速率(或光电二极管所在上行链路对应的上行制式的速率范围)确定经过某一谐振电路后信号的衰减幅度(或者衰减后的信号幅度)，并根据该衰减幅度确定幅度条件，例如，将信号速率为上行制式的信号速率的信号转化为电压信号后经过谐振电路，根据经过谐振电路后的衰减幅度确定幅度条件，在使用光模块时，通过控制模块确定某一速率速率的信号经过该谐振电路后的信号幅度，之后比对信号幅度与预先确定的幅度条件，若信号幅度不满足幅度条件，则控制单元关断限幅放大器的输出信号；若信号幅度满足幅度条件，则控制单元打开限幅放大器的输出信号。
在兼容多种上行制式的光模块中，每一个光电二极管所在的上行链路对应一种上行制式，例如在图3所示的光模块中，波分解复用器(MUX)301通过SC型光口(SC ReceptacleConnector)302接收用户侧至少一个用户设备发送的包括至少一种上行制式的光信号，原则上波分解复用器301根据预设的光信号的波长与第一光电二极管303所在的上行链路的对应关系将收到的光信号中的光信号输出到第一光电二极管303中，以及，波分解复用器301根据预设的光信号的波长与第二光电二极管304所在的上行链路的对应关系将收到的光信号中的光信号输出到第二光电二极管304中。应注意，图3所示的光模块中省略了部分与本申请无关的组件，但并不意味着本申请中的光模块仅由图3所示的组件构成。
若光模块需要兼容多种上行制式，可以预先根据每种上行制式的光电二极管所在链路对应的上行制式的信号速率确定上行制式的幅度条件，则光模块通过控制单元在电压信号的信号幅度不满足目标信号的信号速率确定幅度条件时关断限幅放大器的输出信号，从而在光模块需要兼容多种上行接收制式情况下，避免不同上行链路中的限幅放大器输出错误制式的上行信号，从而避免兼容多种上行接收制式的光模块的上行链路输出信号的混乱。
本发明实施例中，可以根据目标信号的速率所在的速率范围设定幅度条件，以使属于该速率范围的信号通过由限幅放大器数出。举例来说，XGS-PON模式下的上行信号速率为9.953Gbps±0.2Gbps，可以根据9.953Gbps±0.2Gbps的速率范围确定XGS-PON模式下的光电二极管所在上行链路对应的幅度条件，使得信号速率为9.953Gbps±0.2Gbps的上行信号在经过谐振电路后的信号幅度符合幅度条件，在此速率范围之外的上行信号经过谐振电路后的幅度不满足幅度条件，从而能够在判断经过衰减后的电压信号的信号幅度不满足该幅度条件时关断限幅放大器的输出信号。其中，根据上行信号速率设定幅度条件的方法只是举例说明，可以不严格按照上行制式对应的信号速率范围设定对应的幅度条件，例如上例中，也可以设定9.953Gbps±0.3Gbps的上行信号符合幅度条件。
本发明实施例中，可以预先制定如表2所示的光电二极管所在的上行链路与幅度条件的对应关系，则上行链路A中的控制单元根据幅度条件A确定输入到上行链路A的光电二极管中的光信号转化的电压信号在经过谐振电路后是否满足幅度条件。
光电二极管所在的上行链路 幅度条件
上行链路A 幅度条件A
上行链路B 幅度条件B
上行链路C 幅度条件C
…… ……
表2
其中，可以预先通过实验的方法确定信号速率为上行链路A对应的上行制式的信号速率的信号经过谐振电路后的信号幅度，根据该信号幅度确定上行链路A对应的幅度条件A。
本发明实施例中，兼容多种上行制式的光模块通过控制单元确定光电二极管接收的信号转化的电压信号在经过谐振电路后的信号幅度是否满足该光电二极管所在的上行链路对应的幅度条件，其中可以针对不同上行制式对应的每条上行链路设置一个谐振电路和一个控制单元，则控制单元用于检测输入到其对应的上行链路的光电二极管的光信号转化的电压信号在经过谐振电路衰减后的信号幅度是否满足该上行链路对应的幅度条件；也可以通过一个或者多个控制单元检测输入到全部的光电二极管所在的上行链路的信号经过每条上行链路对应的谐振电路后的信号幅度是否满足该上行链路对应的幅度条件。
举例来说，如图4所示，假设第一光电二极管401所在的上行链路对应的幅度条件为第一幅度条件，第二光电二极管402所在的上行链路对应的幅度条件为第二幅度条件，则第一控制单元403用于检测经过第一光电二极管401所在的上行链路的第一谐振电路405后的电压信号的信号幅度是否满足第一幅度条件；第二控制单元404用于检测经过第二光电二极管402所在的上行链路的第二谐振电路406后的电压信号的信号幅度是否满足第二幅度条件。另外，也可以通过同一个控制单元检测经过第一光电二极管401所在的上行链路的第一谐振电路405后的电压信号的信号幅度是否满足第一幅度条件，并且检测经过第二光电二极管402所在的上行链路的第二谐振电路406后的电压信号的信号幅度是否满足第二幅度条件。其中，光模块可以是10G GPON光模块，第一光电二极管401所在的上行链路和第二光电二极管402所在的上行链路对应的上行制式可以分别是XGS-PON、XG-PON和GPON的上行制式中的任意一个，且第一光电二极管401所在的上行链路和第二光电二极管402所在的上行链路对应的上行制式可以不同。例如，第一光电二极管401所在的上行链路对应的制式为GPON的上行制式，第二光电二极管402所在的上行链路对应的制式为XG-PON的上行制式。
可选地，谐振电路对目标信号的衰减幅度比其他信号的衰减幅度小，其中目标信号为信号速率等于光电二极管所在上行链路对应的信号中心速率的信号，其他信号为信号速率不等于光电二极管所在上行链路对应的信号中心速率的信号。
本发明实施例中，可以通过以下方法设置谐振电路：谐振电路对目标信号的衰减幅度比其他信号的衰减幅度小，其中目标信号为信号速率等于光电二极管所在上行链路对应的信号中心速率的信号，其他信号为信号速率不等于光电二极管所在上行链路对应的信号中心速率的信号，例如，XGS-PON上行制式的信号速率范围为9.953Gbps±0.2Gbps，即XGS-PON上行制式的信号中心速率为9.953Gbps，则信号速率为9.953Gbps的信号经过XGS-PON上行制式对应的上行链路中的谐振电路时的衰减幅度小于其他速率的信号经过该谐振电路的衰减幅度，例如信号速率为2.488Gbps信号经过XGS-PON上行制式对应的谐振电路后信号衰减的幅度大于9.953Gbps的信号经过该谐振电路产生的信号幅度的衰减幅度。
其中，根据谐振电路的频率响应原理，信号频率为谐振电路的谐振频率的信号经过谐振电路所产生的幅度衰减小于其他频率的信号经过谐振电路产生的幅度衰减，以串联LC谐振电路为例，根据以下公式确定串联LC谐振电路的谐振频率：
Figure BDA0001351276360000091
上式中，F0为谐振电路的谐振频率，L为谐振电路中电感的电感值，C为谐振电路中电容的电容值。由于在实施中，在相同信噪比条件下根据香农公式能够得到信号频率与信号速率之间的对应关系，若使目标信号的衰减幅度比其他信号的衰减幅度小，则需要调整L和C的值，使得谐振电路的谐振频率等于该目标信号的信号速率对应的信号频率。
应注意，以上设置谐振电路的方法只是举例说明，本发明实施例中的谐振电路的设置也可以采用并联谐振电路的方法，并且本发明并不对谐振电路中的电感和电容的数值进行限定。
可选地，控制单元具体用于：判断信号幅度是否不小于预设幅度值，若是，则确定信号幅度满足幅度条件；否则，确定信号幅度不满足幅度条件。
本发明实施例中，可以采用以下方法判断经过衰减的电压信号的信号幅度是否满足光电二极管在的上行链路幅度条件：
判断经过谐振电路衰减后的电压信号的信号幅度是否不小于预设幅度值，若是，则确定该信号幅度满足幅度条件；否则确定该信号幅度不满足幅度条件。
例如，预设如表3所示的光电二极管所在的上行链路与预设幅度值的对应关系，在判断输入到上行链路A的电压信号经过衰减后的信号幅度小于预设幅度值A后，确定输入到上行链路A中的电压信号经过谐振电路后的信号幅度满足幅度条件，否则，确定该信号幅度不满足幅度条件。
光电二极管所在的上行链路 预设幅度值
上行链路A 预设幅度值A
上行链路B 预设幅度值B
上行链路C 预设幅度值C
…… ……
表3
本发明实施例中，可以根据实验的方法确定具有某一上行制式的速率的信号经过该上行制式对应的谐振电路后的电压信号的幅度值，并将该幅度值作为预设幅度值。
下面结合图5所示的谐振电路频率响应示意图说明本发明实施例中确定预设幅度值的方法：
如图5所示，信号频率为F0的信号经过谐振电路后的信号幅度最大，即信号幅度的衰减最小，远离F0的信号频率衰减随着远离F0的距离的增加而增加，对应于选取的设定幅度值，信号频率为F0-δF和F0+δF，其中δF为经过谐振频率后信号幅度为预设幅度值的信号频率与谐振频率的距离，由于在相同信噪比条件下信号频率与信号速率之间存在对应关系，则根据F0-δF和F0+δF能够确定信号速率的范围v0-δv和v0+δv，其中v0为与F0对应的信号速率，v0-δv和v0+δv之间的信号速率范围为经过谐振电路后信号幅度大于预设幅度值的信号速率的范围。其中，谐振电路的频率响应曲线可以根据实验的方法获取。
在选取预设幅度值时，可以将v0-δv和v0+δv之间的信号速率范围作为允许输出的信号速率的范围，例如，v0为某一上行制式的信号中心速率，δv取0.2Gbps(也可以为其他数值)，在根据信号速率和信号频率的对应关系确定F0和δF后根据谐振频率的频率响应曲线将信号频率为F0-δF和F0+δF的信号幅度作为预设幅度值，之后在确定信号经过谐振电路后的信号幅度小于该预设幅度值时关闭限幅放大器的输出信号，则信号速率在v0±0.2Gbps范围内的信号能够输出，在v0±0.2Gbps范围以外的信号无法输出。
其中，若谐振电路的谐振频率等于该上行链路对应的上行制式的信号中心速率，根据如图5所示的频率响应原理，信号速率位于v0-δv和v0+δv之间的信号衰减幅度小于信号速率为v0-δv和v0+δv的衰减幅度，则可以将信号速率为v0-δv和v0+δv的信号经过谐振电路后的幅度值作为预设幅度值。
可选地，谐振电路为LC谐振电路；谐振电路包括第一电感和第一电容，其中第一电感的一端作为谐振电路的输入端与跨阻放大器相连，第一电感的另一端与第一电容的一端相连，第一电容的另一端作为谐振电路的输出端与控制单元的输入端相连。
可选地，光模块还包括：耦合电路，用于对从跨阻放大器输入的电压信号进行交流耦合，并向限幅放大器输出耦合后的电压信号。
本发明实施例中，光模块还包括耦合电路，跨阻放大器输出的电压信号经过耦合电路的交流耦合后输出到限幅放大器。
可选地，耦合电路包括射极跟随器和第二电容。
本发明实施例中，耦合电路可以由射极跟随器和第二电容构成。
可选地，控制单元为D触发器或者微控制单元MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。
本发明实施例中，可以采用D触发器或者MCU作为控制单元，用于控制限幅放大器的输出信号。
如图6所示，本发明实施例提供的一种光模块包括：
光电二极管601，用于将接收的光信号转化为电流信号，并将转化的电流信号向跨阻放大器602发送；
跨阻放大器602，用于转化来自光电二极管601的电流信号，并向耦合电路603和谐振电路605输出转化后的电压信号；
耦合电路603，对从跨阻放大器602输入的电压信号进行交流耦合，并将耦合后的电压信号向限幅放大器604输出；
谐振电路605，根据速率对电压信号进行衰减，并向控制单元606输出衰减后的电压信号；
控制单元606，用于根据衰减后的电压信号控制限幅放大器的输出；其中，控制单元605可以是D触发器或者是MCU；
限幅放大器604，用于接收耦合电路603发送的经过交流耦合的电压，并信号根据控制单元606的指示输出或者停止输出放大后的电压信号。
其中，谐振电路605包括第一电感607和第一电容608，其中第一电感607的一端与跨阻放大器602的输出端相连，第一电感607的另一端与第一电容608的一端相连，第一电容608的另一端与控制单元606的输入端相连；
耦合电路603包括射极跟随器609和第二电容610，射极跟随器609的基极与跨阻放大器602的输出端相连，射极跟随器609的射极与第二电容610的一端相连，第二电容610的另一端与限幅放大器604的输入端相连。
在如图6所示的光模块中，控制单元606具体用于判断接收的电压信号的信号幅度是否不小于预设幅度值，若小于，则控制单元606向信号放大器604输出高电平，以关断信号放大器604的使能引脚，从而关断信号放大器604的输出信号；否则，控制单元606向信号放大器604输出低电平，以打开信号放大器604的使能引脚，从而打开信号放大器604的输出信号。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种光模块，其特征在于，包括光电二极管、跨阻放大器、限幅放大器、谐振电路和控制单元；
所述跨阻放大器的一端与所述光电二极管相连，另一端分别与所述限幅放大器的输入端及所述谐振电路的输入端相连；
所述跨阻放大器转化来自所述光电二极管的电流信号，向所述限幅放大器及所述谐振电路提供电压信号；
所述谐振电路的输出端与所述控制单元的输入端相连，所述控制单元的输出端与所述限幅放大器的控制端相连；
所述谐振电路根据速率对所述电压信号进行衰减，并向所述控制单元输出衰减后的电压信号；
所述控制单元根据所述衰减后的电压信号控制所述限幅放大器的输出；
所述谐振电路对目标信号的衰减幅度比其他信号的衰减幅度小，其中所述目标信号为信号速率等于所述光电二极管所在上行链路对应的信号中心速率的信号，其他信号为信号速率不等于所述光电二极管所在上行链路对应的信号中心速率的信号。
2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述控制单元具体用于：
判断衰减后的电压信号的信号幅度是否满足幅度条件，若确定所述信号幅度不满足所述幅度条件，则关断所述限幅放大器的输出；
否则，打开所述限幅放大器的输出。
3.如权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述控制单元具体用于：
判断所述信号幅度是否不小于预设幅度值，若是，则确定所述信号幅度满足所述幅度条件；
否则，确定所述信号幅度不满足所述幅度条件。
4.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述谐振电路为电感-电容LC谐振电路。
5.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述谐振电路包括第一电感和第一电容，其中所述第一电感的一端作为所述谐振电路的输入端与所述跨阻放大器相连，所述第一电感的另一端与所述第一电容的一端相连，所述第一电容的另一端作为所述谐振电路的输出端与所述控制单元的输入端相连。
6.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：
耦合电路，用于对从所述跨阻放大器输入的电压信号进行交流耦合，并向所述限幅放大器输出耦合后的电压信号。
7.如权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述耦合电路包括射极跟随器和第二电容，其中，所述射极跟随器的基极与所述跨阻放大器的输出端相连，所述射极跟随器的射极与所述第二电容的一端相连，所述第二电容的另一端与所述限幅放大器相连。
8.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述控制单元为D触发器或者微控制单元MCU。
9.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光电二极管为雪崩光电二极管。
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