CN107800486A - 电接口兼容的双通道紧凑小型可插拔csfp光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电接口兼容的双通道紧凑小型可插拔光模块(CSFP)，涉及光通信技术，尤其涉及光通信中实现光电信号转换的光模块。本发明的设计要点是：包括接口转换电路PHY、微控制器MCU、光发射组件TOSA与光接收组件ROSA(或将光器件进一步集成在一起的双波长/单波长单纤双向组件BOSA)，线性激光驱动器LDD，电源启动电路；接口转换电路将双路NRZ码型转换为单路PAM4码型，实现采用单路光器件实现两路的传输容量，并与传统方案的电接口兼容。本发明具有光器件工艺简单、电路结构简单、指标高、功耗低、工作温度范围宽、成本低、易于大批量生产的优点。

Description

电接口兼容的双通道紧凑小型可插拔CSFP光模块
技术领域
本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种紧凑小型可插拔光收发模块。
背景技术
缩略语定义：
BOSA：(Bi-directional Optical Sub-Assembly)单纤双向光收发组件；
TOSA：(Transmitter Optical Sub-Assembly)光发射组件；
ROSA：(Receiver Optical Sub-Assembly)光接收组件；
LDD：(Laser Diode Driver)激光驱动器；
PHY：(Physical Layer)PAM4与NRZ接口的物理层转换电路；
CSFP：(Compact Small Form-Factor Pluggable)紧凑小型可插拔光模块；
SFP：(Small Form-Factor Pluggable)小型可插拔光模块；
MSA：(Multi-Source Agreement)多源协议；
PLC：(Planar optical waveguide)平面光波导；
PCB：(Printed Circuit Board)印制电路板；
TO38/TO56/TO46：光器件芯片不同机械尺寸的封装形式，其中TO38尺寸较小价格较贵不常用，TO56及TO46为常用的机械尺寸结构；
DDM：(Digital Diagnostic Monitor)数字诊断监控；
SPT：(Splitter)分光器；
CLT：(Circulator)光环行器；
CWDM：(Coarse Wavelength Division Multiplexer)粗波分复用。
随着光纤通信的发展，光传输系统对光模块提出了更高的要求。光模块逐渐向低成本、小尺寸、大容量方向发展。为了达到大容量和小尺寸的要求，CSFP MSA(Multi SourceAgreement)国际联盟提出了采用传统SFP工业标准外型尺寸单通道SFP MSA机械结构的基础上，需实现双通道数据传输的CSFP光模块的要求，进而使原来的SFP面板空间得到双倍的利用从而提高了端口利用率。
要在单通道的SFP模块里放置双通道的CSFP，对双通道的CSFP的尺寸大小、集成度提出了更高的要求。对于双通道CSFP光器件的选择，业内采用方案为采用PLC工艺或采用小尺寸封装BOSA，如采用封装规格为TO38的BOSA。
但目前所采用的PLC技术光收发组件存在封装技术要求高，成本较高且设计灵活性差等缺点，同时，该光收发组件生产及销售均有国外企业垄断。另外，采用PLC工艺，激光器和光信号接收端芯片均需安装在光波导的固定位置上，若需改变芯片型号需要对整个光收发模块接口组件进行新研发，不能满足客户定制化要求。
虽然TO38封装的自由空间耦合光收发模块接口组件尺寸较小，但TO38尺寸光芯片一般不会在常规的SFP光模块中使用，这也导致了其价格较高，封装技术不成熟等特点。同时，利用此TO38尺寸封装的BOSA结构也为非常规结构，进一步增加了光模块的成本。
在光器件和光收发器件驱动方面，目前业内光模块生产厂家的传统做法是采用两路体积紧凑的BOSA和两路收发模块电路一起挤进与单路SFP模块一样大小的空间中，势必牺牲BOSA性能指标，可生产性，散热效果等，进而降低整个光模块的性能指标和生产效率，增加光模块的成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足提供一种满足双通道CSFP协议标准、成本低、集成度高、性能指标高、电路结构简单、体积小、零部件标准、易于大批量生产的双通道紧凑型小型可插拔光模块(以下简称为光模块)。
本发明采用的技术方案是这样的：一种双通道紧凑小型可插拔光模块，包括接口转换电路PHY、微控制器MCU、光发射组件TOSA与光接收发组件ROSA，线性激光驱动器LDD，其特征在于，接口转换电路PHY实现双路NRZ码型转换为单路PAM4码型，经线性激光驱动器LDD后，连接至光发射组件TOSA；光接收组件ROSA连接至接口转换电路PHY，实现单路PAM4码型转换为双路NRZ码型，接收端和发射端的双路NRZ码型均与CSFP标准光模块定义的接口相连，并做到电接口的管脚排列，电气特性，控制信号等与CSFP标准完全兼容。
优选地，可以将光接收组件ROSA和光发射组件TOSA进一步集成在一个双波长单纤双向组件BOSA中，采用波分复用技术实现单纤传输，节省光纤资源。光模块的电路原理图不变。
优选地，可以将单纤双向组件BOSA设计成为单波长BOSA，采用同波长分光技术实现单纤单波长传输，结合外部波分复用，进一步节省光纤资源。光模块的电路和光路不变。
优选地，还包括模块失效判决单元；所述模块失效判决单元用于接收线性激光器驱动LDD芯片输出的发送端信号失效指示信号，所述模块失效判决单元的输出为线性激光器驱动LDD芯片输出的发送端信号失效指示信号作或运算的结果；且模块失效判决单元的输出信号通过接口电路传输至上位机。
优选地，还包括滤波器；所述光发射组件TOSA内部包含激光二极管及背光探测器，光接收组件ROSA内部包含光探测二极管(PD或APD)及线性跨阻放大器；其中，激光器二极管用于将从接口转换芯片PHY传送过来的电信号转化成为光信号并输出；光探测二极管用于将输入的光信号转换成为微弱的电流信号；线性跨阻放大器用于将光探测二极管输出的电流信号不失真地转化为电压信号，并将该电压信号输出；所述光接收组件的跨阻放大器的输出端及接口电路PHY芯片中的的输入端之间接有滤波器；
优选地，所述滤波器为贝塞尔滤波器。
优选地，还包括温度采集单元，所述温度采集单元用于将温度信号转换为电信号，并将此电信号传输至微控制器。
优选地，所述接口转换电路PHY芯片、线性激光驱动器LDD、微控制器MCU、温度采集电路、低通滤波器及模块失效判决单元设置在一块PCB板上。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用的接口转换PHY芯片将两路高速NRZ信号转换为相同速率的单路四电平PAM4信号，进而将传统的两路光收发器件节省为单路，具有电路结构简单、集成度高的优点；进而方便光模块的批量生产。
本发明通过在各组光接收组件与接口转换芯片PHY之间的信号通路中增加贝塞尔低通滤波器滤除信号带宽以外的高频噪声干扰，将光模块灵敏度提高，并提高了光接收机抗干扰的性能。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中
图1是本发明原理框图。
图2是本发明中双波长单纤双向模块主通路结构简图。
图3是本发明中单波长单纤双向模块主通路结构简图。
图4是本发明的20PIN电接口电路板的正反面。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1，本发明所述的电接口兼容的双通道紧凑小型可插拔CSFP光模块包括满足CSFP MSA定义的接口电路、接口转换电路PHY、电源启动电路、微控制器、线性激光驱动LDD芯片、光接收组件ROSA、光发射组件TOSA、模块失效判决单元、温度采集单元组成。
所述电源启动电路为由电容、门电路配合组成的电源缓启动电路，电源缓启动电路的入端电源由上位机提供，其电源输出分别与两组收发一体芯片及微控制器芯片连接。当光模块接入系统后，该电源缓启动单元将后续收发一体芯片及微控制器芯片延迟上电以减少在上电瞬间容性负载对上位机的电源产生影响。
光接收组件采用传统的TO46封装的ROSA，其内部包含光探测二极管(PD或APD)及线性跨阻放大器。其中，光探测二极管将从光纤输入的光信号转换成为微弱的电流信号，继而由其后的线性跨阻放大器将电流信号不失真地转化为电压信号，并将该电压信号输出；光发射组件采用传统的TO56封装的TOSA，其内部包含激光器二极管、背光探测器PD，其中，激光器二极管将从线性激光驱动器LDD芯片传送过来的电信号转化成为光信号并输出到外部光纤。
如图2，是双波长单纤双向模块主通路结构简图。接收与发射端采用不同的波长，利用波分复用技术将他们合在一根光纤中传输。例如可以选用1270/1330nm两个波长配合45度CWDM滤光片制作最简单的模块，也可以选用1290/1310nm两个波长配合45度分光片Splitter制作色散更低，波长间隔更近的模块。
如图3，是单波长单纤双向模块主通路结构简图。接收与发射端采用相同的波长，利用单波长双向传输技术将他们合在一根光纤中传输。例如可以选用1270发射/1270nm接收相同波长配合45度分光片Splitter或光环行器Circulator制作单波长单纤双向传输的模块。四对分别收发相同波长1270/1290/1310/1330nm的这样模块即可实现一对光纤双向400G的传输容量，极大节省了光纤线路资源。
所述微控制器MCU、接口转换电路PHY、电源缓启动单元及模块失效判决单元等功能中所有需要与上位机建立通信或电连接的接口均通过20PIN的接口电路与上位机连接。如图4，所述接口电路是CSFPMSA定义的20PIN电接口单元。本发明采用的20PIN电接口单元与传统的SFP引脚兼容(即MSA中的Option2)，即可将本发明的双通道CSFP光模块与常规单通道SFP模块换用而不产生任何问题。
在光模块设计中，影响光模块灵敏度的主要因素之一为串扰问题。本发明在光通道的光收发模块组件的电信号输出端与接口转换芯片的电信号接收端之间增加了低通滤波器，具体而言，是在光接收组件的线性跨阻放大器的输出及接口转换芯片的输入级之间增加贝塞尔低通滤波器滤除信号带宽以外的高频噪声干扰。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (11)

1.一种双通道紧凑小型可插拔光模块，包括接口转换电路PHY、微控制器MCU、光发射组件TOSA与光接收组件ROSA，线性激光驱动器LDD，其特征在于，接口转换电路PHY实现双路NRZ码型转换为单路PAM4码型，经线性激光驱动器LDD后，连接至光发射组件TOSA；光接收组件ROSA连接至接口转换电路PHY，实现单路PAM4码型转换为双路NRZ码型，接收端和发射端的双路NRZ码型均与CSFP标准光模块定义的接口相连，并做到电接口的管脚排列、机械和电气特性、控制与监视信号等与CSFP标准完全兼容。
2.根据权利要求1所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块，其特征在于，可以将光接收组件ROSA和光发射组件TOSA进一步集成在一个双波长单纤双向组件BOSA中，采用波分复用技术实现单纤传输，节省光纤资源。电路结构与权利要求1所述完全一致。
3.根据权利要求2所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块，其特征在于，可以将单纤双向组件BOSA设计成为单波长BOSA，采用分光片或光环形器的同波长分光技术实现单波长单纤双向传输，结合外部波分复用，进一步节省光纤资源。电路结构与权利要求1所述完全一致，机械结构与权利要求2所述完全一致。
4.根据权利要求1所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块，其特征在于，所述的ROSA内部使用的是PD(或APD)加线性跨组放大器TIA；所述的线性激光驱动器LDD是线性Driver，以满足PAM4信号光传输的要求。
5.根据权利要求1所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路，其特征在于，所述光接收组件ROSA还包含接收信号强度指示输出端(RSSI)、光发射组件还包含激光器输出光功率监控信号输出端(MPD)；所述线性激光驱动器LDD芯片内部包括激光器线性驱动单元、发送端失效指示信号输出端；通过接口电路向上位机输出接收端信号丢失指示信号和发送端失效指示；微控制器MCU与接收组件ROSA的接收信号强度指示输出端(RSSI)连接；还与激光器驱动器LDD的光功率监测信号有连接。
6.根据权利要求5所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路，其特征在于，还包括模块失效判决单元；所述模块失效判决单元用于接收线性激光驱动器LDD芯片输出的发送端信号失效指示信号，所述模块失效判决单元的输出为线性激光驱动器LDD芯片输出的发送端信号失效指示信号作或运算的结果；且模块失效判决单元的输出信号通过接口电路传输至上位机。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑小型可插拔光模块电路，其特征在于，还包括滤波器；滤波器接入光接收组件ROSA与接口转换电路PHY芯片之间的信号通路中，用于滤除光接收组件ROSA向接口转换电路PHY芯片输出的电信号中的噪声。
8.根据权利要求6或7所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路，其特征在于，所述滤波器为贝塞尔滤波器。
9.根据权利要求8所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路，其特征在于，还包括温度采集单元，所述温度采集单元用于将温度信号转换为电信号，并将此电信号传输至微控制器。
10.根据权利要求9所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路，其特征在于，所述接口转换电路PHY芯片、线性激光驱动器LDD、微控制器MCU、温度采集电路、低通滤波器及模块失效判决单元设置在一块PCB板上。
11.根据权利要求9所述的一种双通道紧凑小型可插拔光模块电路，其特征在于，所述光接收组件ROSA和光发射组件TOSA通过软板上设置的阻抗匹配传输线分别与PCB板上的滤波器及接口转换电路PHY芯片、线性激光驱动器LDD芯片进行通信。
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