CN107294613A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块，包括激光器驱动器和激光器；激光器驱动器包括第一驱动电路、第二驱动电路和偏置电路；第一驱动电路用于根据输入的第一对差分信号，输出第一路驱动电流；第二驱动电路用于根据输入的第二对差分信号，输出第二路驱动电流；偏置电路用于输出偏置电流；第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流、以及偏置电流加载在激光器上；激光器用于根据加载的一路驱动电流和偏置电流，驱动激光器芯片发出指定波长的光信号。上述光模块将两路驱动电流叠加为一路驱动电流来驱动激光器芯片发光，使得该光模块传输数据的比特速率为原来的两倍，若每一路驱动电流的比特速率为12.5Gbps，则该光模块可发送比特速率为25Gbps的数据。

Description

一种光模块

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光网络是整个信息通信网络的基础设施，随着用户对高清IPTV(InternetProtocol Television，网络电视)、视频监控等高带宽业务需求的不断增长，现有的EPON(Ethernet Passive Optical 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(FTTB，Fiber To The Building)和光纤到节点(Fiber To The Node，FTTN)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。目前采用32路拓扑结构的GEPON(Gigabit Ethernet PassiveOptical Network，千兆以太网无源光网络)和GPON技术的传输速率分别能达到1Gbps和2.5Gbps，下一代64路PON(Passive Optical Network，无源光网络)系统若沿用现在的每个PON 32路的拓扑结构，可提供4Gbps的传输速率；而未来二十年带宽需求仍然迅速增加，每户的带宽需求甚至高达10Gbps。

采用波长堆叠技术(时分波分复用接入网系统TWDM(Time-WavelengthDivision Multiplexing，时分-波分复用)PON虽然可以解决系统带宽容量的总体提升，但是单线路带宽容量还不能得到提升，目前接入网亟需将单路带宽由10Gbps提升到25Gbps或者更高。随着10Gb/s以太网在数据中心和城域网中应用的日渐增多，10G PON技术的可兼容升级特性，使得10G PON方案的相对经济优势将得以保持。而目前行业内25Gbps的光器件和电芯片技术尚不是很成熟，虽然目前已有25Gbps的EML(Eroabsorption Modulated Laser，电吸收调制激光器)激光器和PIN(Positive Intrinsic Negative，同质PN结光电二极管)探测器，但是其成本居高不下，对于未来海量布局的接入网来说，不具备竞争优势。现有接入网要保证至少20km的传输，且下行速率优选L波段，但业内目前还没有可以与现有ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)网络的兼容的商用25Gbps的APD(Avalanche Photo-Diode，雪崩光电二极管)探测器。

综上，在兼容现有ODN网络的情况下，现有接入网中光模块的单路传输速率还不能得到有效提升。

发明内容

本发明实施例提供一种光模块，用以提升现有接入网中光模块的单路传输速率。

本发明实施例提供一种光模块，包括：激光器驱动器和激光器；

所述激光器驱动器，包括第一驱动电路、第二驱动电路和偏置电路；

所述第一驱动电路，用于根据输入的第一对差分信号，输出第一路驱动电流；所述第二驱动电路，用于根据输入的第二对差分信号，输出第二路驱动电流；所述偏置电路，用于输出偏置电流；所述第一路驱动电流和所述第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流、以及所述偏置电流加载在所述激光器上；

所述激光器，用于根据加载的所述一路驱动电流和所述偏置电流，驱动激光器芯片发出指定波长的光信号。

上述光模块将两路驱动电流叠加为一路驱动电流来驱动激光器芯片发光，使得该光模块传输数据的比特速率为原来的两倍，若每一路驱动电流的比特速率为12.5Gbps，则该光模块可发送比特速率为25Gbps的数据。本发明实施例中的光模块可以应用于10GPON接入网的OLT中，实现10G PON接入网中OLT的发射端以单路25Gbps的比特速率向ONU的光模块发送数据。

附图说明

图1至图3为本发明实施例提供的一种光模块的发射部分的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种激光器驱动器输出的两路驱动电流叠加前后的信号强度强弱的模拟示意图；

图5为本发明实施例提供的一种激光器驱动器输出的两路驱动电流叠加后一路电流的信号强度强弱的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种对叠加后的驱动电流进行调制后的调制电流的信号强度强弱的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种对叠加后的驱动电流进行调制后的调制电流的信号强度强弱的模拟示意图；

图8至13为本发明实施例提供的一种光模块的发射部分的结构示意图。

具体实施方式

为了提升现有接入网的光模块的单路传输速率。本发明实施例提供一种光模块，该光模块包括发射部分和接收部分，该光模块的发射部分如图1所示，包括：激光器驱动器101和激光器102；激光器驱动器101，用于根据输入的两对差分信号，输出两路驱动电流，还用于输出偏置电流，输出的偏置电流用于控制激光器102的激光器芯片发出恒定的光信号。激光器102，用于根据激光器驱动器101输出的两路驱动电流和一路偏置电流，发出指定波长λ的光信号。

具体的，激光器驱动器101，包括第一驱动电路、第二驱动电路和偏置电路；第一驱动电路，用于根据输入的第一对差分信号，输出第一路驱动电流；第二驱动电路，用于根据输入的第二对差分信号，输出第二路驱动电流；偏置电路，用于输出偏置电流；其中，第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流、以及偏置电流加载在激光器102上。

具体的，激光器102，用于根据第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流和偏置电流驱动激光器102的激光器芯片发出指定波长的光信号。

上述光模块中，激光器102封装在光模块的TOSA(Transmitting OpticalSub-Assembly，光发射组件)内，激光器驱动器101封装在光模块的电路板上。优选的，上述实施例中的激光器驱动器为12.5Gbps的EML激光驱动器。上述实施例中的激光器为12.5Gbps的EML激光器，12.5Gbps的EML激光器可发射中心波长λ为1577nm的光信号。

上述光模块中，第一对差分信号用于传输光模块发送的第一数据，第二差分信号用于传输光模块发送的第二数据。第一数据的比特速率和第二数据的比特速率相等。第一数据和第二数据是光模块同一时间发送的不同数据。第一数据和第二数据还可以是将光模块发送的总数据进行速率降解后得到的两个数据，例如，可通过并串行与串并行转换器SerDes，将光模块发送的总数据速率降解为第一数据和第二数据，通过8B/10B编码器将第一数据和第二数据分别进行编码处理后，再通过第一对差分信号传输第一数据，通过第二对差分信号传输第二数据，第一差分信号对中的时钟频率和第二对差分信号中的时钟频率相等。第一数据的比特速率和第二数据的比特速率至少为12.5Gbps。

优选的，上述光模块的发射部分发送的总数据的比特速率为25Gbps，第一数据的比特速率和第二数据的比特速率均为12.5Gbps。

上述光模块发送的数据的比特速率为25Gbps，上述光模块采用的激光器102和激光器驱动器101均为12.5Gbps的硬件，激光器驱动器101的第一驱动电路和第二驱动电路输出的两路驱动电流均为12.5Gbps，本发明实施例通过将这两路12.5Gbps的驱动电流叠加为一路12.5Gbps的驱动电流，并将叠加后的12.5Gbps的驱动电流加载在12.5Gbps的激光器102上进行信号调制和电光转换，可输出一路光传输速率为12.5Gbps的光信号，进而实现25Gbps数据的单路传输。

值得说明的是，本发明实施例可通过线与传输或者逻辑与门电路芯片，将第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加成一路驱动电流。线与传输方式中，可通过线与逻辑，将两个输出端直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。逻辑与门电路芯片中的逻辑与门电路可用集电极开路门或三态门来实现。如图1所示的光模块中，第一驱动电路输出的第一路驱动电流和第二驱动电路输出的第二路驱动电流通过线与传输方式使得两路驱动电流叠加成一路驱动电流。

优选的，上述光模块中的激光器102为直接调制式激光器102，如图2所示，直接调制式激光器102包括激光器芯片LD(Laser Diode，激光二极管)上，第一驱动电路输出的第一路驱动电流和第二驱动电路输出的第二路驱动电流，经逻辑与门电路芯片叠加成的一路驱动电流后，直接加载在LD上，偏置电路输出的偏置电流直接加载在LD上，加载在LD上的驱动电流和偏置电流驱动LD发出指定波长的光信号。

优选的，上述光模块中的激光器102还可以是外调制式激光器102，如图3所示，激光器102除了包括激光器芯片LD之外，还包括调制器EA。第一驱动电路输出的第一路驱动电流和第二驱动电路输出的第二路驱动电流，经逻辑与门电路芯片叠加成的一路驱动电流后，直接加载在EA上；偏置电路输出的偏置电流直接加载在LD上，偏置电流用于控制LD发出恒定的光信号。

其中，第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流加载在EA上之后，EA对叠加后的一路驱动电流的波形进行信号强弱的调制，得到一路新的波形的调制电流。根据调制电流的波形的信号强弱，驱动激光器芯片LD发出指定波长的光信号。

下面结合图4、图5和图6，对上述光模块中第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加前后的信号强度进行说明。

上述光模块中，第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加前后的信号强度的模拟图，可用图4进行示意，第一路驱动电流叠加前的信号强度如图4中的(a)所示，第二路驱动电流叠加前的信号强度如图4中的(b)所示，其中，0和1分别代表第一路驱动电流信号强度的弱和强，第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流的信号强弱可用模拟值0，1，2来表示，第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的信号强度，如图4中的(c)所示。

根据如图4中的(c)，若第一路驱动电流和第二路驱动电流的信号强度都为0，则第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流的信号强度也为0；若第一路驱动电流的信号强度为0，第二路驱动电流的信号强度为1，则第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流的信号强度为1；若第一路驱动电流的信号强度为1，第二路驱动电流的信号强度为0，则第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流的信号强度也为1；若第一路驱动电流和第二路驱动电流的信号强度都为1时，则第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流的信号强度为2。

基于上述示例，第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流，其波形如图5所示，叠加后的驱动电流的信号强度最强的值标记为2，信号强度较强的标记为1，信号强度最弱的标记为0。

如图5所示的第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流加载到激光器102上以后，激光器102对叠加后的一路驱动电流进行信号强弱的调制，得到一路调制电流，如图6所示用于驱动激光器芯片发出光信号。下面结合图5和图6，对上述实施例中激光器102对叠加后的驱动电流进行调制进行说明。

图6为激光器102对叠加后的驱动电流进行调制后得到的调制电流的波形。图6中调制电流的波形与图5所示的叠加后的驱动电流的波形相比，得到了进一步简化。将图5所示信号强度为2的波形降为信号强度为1的波形，即可得到图6中信号强度为1的波形；将图5中信号强度为1的波形降为信号强度为0的水平波线，即可得到图6中的信号强度为0的水平波形；将图5中信号强度为0的波形往下平移一个单位，即可得到图6中信号强度为-1的波形。

激光器102对叠加后的驱动电流的强弱进行调制过程可以理解为：激光器102直接将第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后的一路驱动电流的信号强度的模拟值为2的调整为1，将信号强度模拟值为1的调整为0，将信号强度模拟值为0的调整为-1，然后根据调整后的模拟值1、0、-1，将图5所示的驱动电流调制为图6所示的调制电流。即根据如图7所示的调制电流的信号强弱的模拟图，得到如图6所示的调制电流的波形图。

上述光模块中，若激光器102为外调制式的，第一路驱动电流和第二路驱动电流叠加后需要以交流耦合的方式加载在激光器102的调制器上，因此要求第一路驱动电流和第二路驱动电流去除直流分量后，才能以交流耦合的方式加载在激光器102的调制器上。

本发明实施例提供一种如图8所示的光模块，除了包括激光器驱动器101和激光器102，还包括去除第一路驱动电流和第二路驱动电流的直流分量的隔直流电路103，隔直流电路103设置在激光器102和激光器驱动器101之间。隔直流电路103包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1，用于去除第一路驱动电流中的直流分量；第二电容C2，用于去除第二路驱动电流中的直流分量。

图8所示的光模块中，偏置电路输出的一路偏置电流直接加载在LD上，偏置电流用于控制LD发出恒定的光信号；第一驱动电路输出的第一路驱动电流，通过第一电容C1去除第一路驱动电流中的直流分量；第二驱动电路输出的第二路驱动电流，通过第二电容C2去除第二路驱动电流中的直流分量；去除直流分量的第一路驱动电流和去除直流分量的第二路驱动电流通过逻辑与门电路芯片叠加为一路驱动电流，并以交流耦合的方式加载在调制器EA上。去除直流分量的第一路驱动电流和去除直流分量的第二路驱动电流也可通过线与传输的方式叠加为一路驱动电流，具体参见前述实施例，此处不再累述。

优选的，上述光模块的激光器驱动器101中的驱动电路和偏置电路可以集成在驱动芯片上。

一种可选的实现方式中，如图9所示的光模块，其发射部分包括第一驱动芯片、第二驱动芯片、激光器102。其中，上述实施例中的第一驱动电路集成在第一驱动芯片上，用于对输入的第一对差分信号进行处理，输出第一路驱动电流；上述实施例中的第二驱动电路集成在第二驱动芯片上，用于对输入的第二对差分信号进行处理，输出第二路驱动电流；上述实施例中的偏置电路集成在第一驱动芯片上，第一驱动芯片除了输出第一路驱动电流之外，还输出一路偏置电流。

激光器102为上述实施例中的外调制式激光器，包括激光器芯片LD和调制器EA，第一驱动芯片输出的第一路驱动电流和第二驱动芯片输出的第二路驱动电流，经逻辑与门电路芯片叠加成的一路驱动电流后，直接加载在EA上，第一驱动芯片输出的偏置电流直接加载在LD上。

优选的，上述光模块还包括隔直流电路103，隔直流电路103包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1，用于去除第一路驱动电流中的直流分量；第二电容C2，用于去除第二路驱动电流中的直流分量。去除直流分量后的第一路驱动电流和去除直流分量后的第二路驱动电流，经逻辑与门电路芯片叠加成的一路驱动电流后，直接加载在EA上，具体如图10所示。

当然，激光器102也可以为上述实施例中的直接调制式激光器，包括激光器芯片LD，则第一驱动芯片输出的第一路驱动电流和第二驱动芯片输出的第二路驱动电流叠加成的一路驱动电流后，直接加载在LD上，第一驱动芯片输出的偏置电流也加载在LD上。若激光器102为上述实施例中的直接调制式激光器102，则上述光模块中不包括隔直流电路103。

当然，偏置电路也可集成在第二驱动芯片上，第二驱动芯片除了输出第一路驱动电流之外，还输出一路偏置电流。

另一种可选的实现方式中，如图11所示，光模块的发射部分包括：激光器102、第一驱动芯片、第二驱动芯片和第三驱动芯片；上述实施例中的第一驱动电路集成在第一驱动芯片上，用于对输入的第一对差分信号进行处理，输出第一路驱动电流；上述实施例中的第二驱动电路集成在第二驱动芯片上，用于对输入的第二对差分信号进行处理，输出第二路驱动电流；上述实施例中的偏置电路设置在第三驱动芯片上，用于输出偏置电流。

激光器102为上述实施例中的直接调制式激光器，包括激光器芯片LD，则第一驱动芯片输出的第一路驱动电流和第二驱动芯片输出的第二路驱动电流叠加成的一路驱动电流后，直接加载在LD上，第三驱动芯片输出的偏置电流也加载在LD上。

当然，上述激光器102也可以为上述实施例中的外调制式激光器，包括激光器芯片LD和调制器EA，第一驱动芯片输出的第一路驱动电流和第二驱动芯片输出的第二路驱动电流，经逻辑与门电路芯片叠加成的一路驱动电流后，直接加载在EA上，第三驱动芯片输出的偏置电流直接加载在LD上。

优选的，上述激光器102也可以为上述实施例中的外调制式激光器时，上述光模块还包括隔直流电路103，隔直流电路103包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1，用于去除第一路驱动电流中的直流分量；第二电容C2，用于去除第二路驱动电流中的直流分量。去除直流分量后的第一路驱动电流和去除直流分量后的第二路驱动电流，经逻辑与门电路芯片叠加成的一路驱动电流后，直接加载在EA上，具体如图12所示。

当然，本发明实施例并不限于以上实施方式，其他实施方式中，上述实施例中的第一驱动电路、第二驱动电路、偏置电路可以集成在一个驱动芯片中。

对于本发明上述实施例的光模块，如图13所示，其发射部分除了包括激光器驱动器101和激光器102之外，还可包括：设置在激光器驱动器101前端的第一时钟数据恢复CDR(Clock and Data Recovery，时钟数据恢复)电路和第二CDR电路；

第一CDR电路，设置有第一时钟数据恢复电路，用于接收第一对差分信号，将第一对差分信号进行整形后输入到第一驱动电路中；

第二CDR电路，设置有第一时钟数据恢复电路，用于接收第二对差分信号，将第二对差分信号进行整形后输入到第二驱动电路中。

优选的，第一CDR电路集成在第一CDR芯片中，第二CDR电路集成在第二CDR芯片中。可选的，第一CDR电路和第二CDR电路都集成在一个芯片中。

优选的，上述实施例中，第一CDR芯片、第二CDR芯片、激光器驱动器101、激光器102均为12.5Gbps的硬件，激光器驱动器101中的第一驱动芯片，第二驱动芯片均为12.5Gbps的硬件，激光器102发出的光信号为1577nm的光信号。

上述实施例中，光模块发送的数据的比特速率为25Gbps，上述光模块采用的激光器102和激光器驱动器101均为12.5Gbps的硬件，激光器驱动器101的第一驱动电路和第二驱动电路输出的两路驱动电流均为12.5Gbps，本发明实施例通过将这两路12.5Gbps的驱动电流叠加为一路12.5Gbps的驱动电流，并将叠加后的12.5Gbps的驱动电流加载在12.5Gbps的激光器102上进行信号调制和电光转换，可输出一路光传输速率为12.5Gbps的光信号，进而实现25Gbps数据的单路传输。

上述光模块将两路驱动电流叠加为一路驱动电流来驱动激光器芯片发光，使得该光模块传输数据的比特速率为原来的两倍，若每一路驱动电流的比特速率为12.5Gbps，则该光模块可发送比特速率为25Gbps的数据。

本发明实施例中的光模块可以应用于10GPON接入网的OLT(Optical LineTerminal，光线路终端)中，实现10G PON接入网中OLT的发射端以单路25Gbps的比特速率向ONU(optical net unit，光网络单元)的光模块发送数据。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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 (10)

1.一种光模块，其特征在于，包括：激光器驱动器和激光器；

所述激光器驱动器，包括第一驱动电路、第二驱动电路和偏置电路；

所述第一驱动电路，用于根据输入的第一对差分信号，输出第一路驱动电流；所述第二驱动电路，用于根据输入的第二对差分信号，输出第二路驱动电流；所述偏置电路，用于输出偏置电流；所述第一路驱动电流和所述第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流、以及所述偏置电流加载在所述激光器上；

所述激光器，用于根据加载的所述一路驱动电流和所述偏置电流，驱动激光器芯片发出指定波长的光信号。

2.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，

所述第一对差分信号用于传输所述光模块发送的第一数据，所述第二差分信号用于传输所述光模块发送的第二数据；且所述第一数据的比特速率和所述第二数据的比特速率相等。

3.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一路驱动电流和所述第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流、以及所述偏置电流加载在所述激光器芯片上。

4.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器还包括调制器；

所述偏置电流加载在所述激光器芯片上，控制所述激光器芯片发出恒定的光信号；

所述第一路驱动电流和所述第二路驱动电流叠加而成的一路驱动电流加载在所述调制器上，使得所述调制器根据加载的所述驱动电流，对所述光信号的强弱进行调制。

5.如权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述激光器和所述激光驱动器之间还设置有隔直流电路；所述隔直流电路包括第一电容和第二电容；

所述第一电容，用于去除所述第一路驱动电流中的直流分量；所述第二电容，用于去除所述第二路驱动电流中的直流分量；

去除直流分量的所述第一路驱动电流和去除直流分量的所述第二路驱动电流叠加后以交流耦合的方式加载在所述调制器上。

6.如权利要求5所述的光模块，其特征在于，

通过线与传输或者逻辑与门电路芯片，将去除直流分量的所述第一路驱动电流和去除直流分量的所述第二路驱动电流叠加成一路驱动电流。

7.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，

所述激光器驱动器包括第一驱动芯片和第二驱动芯片；所述第一驱动电路设置在所述第一驱动芯片上，所述第二驱动电路设置在所述第二驱动芯片上，所述偏置电路设置在所述第一驱动芯片或者所述第二驱动芯片上。

8.如权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器驱动器包括第一驱动芯片、第二驱动芯片和第三驱动芯片上，所述第一驱动电路设置在所述第一驱动芯片上，所述第二驱动电路设置在所述第二驱动芯片上，所述偏置电路设置在所述第三驱动芯片上。

9.如权利要求1至8中任一项所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：设置在所述激光器驱动器前端的第一时钟数据恢复CDR芯片和第二CDR芯片；

所述第一CDR芯片，用于接收第一对差分信号，将所述第一对差分信号进行整形后输入到所述第一驱动电路中；

所述第二CDR芯片，用于接收第二对差分信号，将所述第二对差分信号进行整形后输入到所述第二驱动电路中。

10.如权利要求9所述的光模块，其特征在于，所述第一数据和所述第二数据的比特速率至少为12.5Gbps。