CN107800487A - 结合pam4技术的高速光模块及其波分复用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合PAM4技术的高速光模块及其波分复用方法，涉及光通信技术，尤其涉及带宽超100Gbps，光纤资源有限和高密度需求的应用场景，提供一种低成本，易于批量生产的解决方案。本发明的要点是：结合PAM4技术将25G(或10G)的光电器件传输速率翻倍，配合业内流行的小型高速光模块QSFP28或CSFP等标准封装形式，采用易于工业化生产的TO‑CAN工艺，批量生产电接口兼容的100G QSFP28，或2X25G/2X10G CSFP模块；并以此为基础，辅以外部波分复用光无源器件，实现一对光纤10公里/150Gbps，2公里/200G‑400Gbps的超高带宽、低成本传输解决方案。

Description

结合PAM4技术的高速光模块及其波分复用方法
技术领域
本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种高速光收发模块及其波分复用方法。
背景技术
缩略语定义：
BOSA：(Bi-directional Optical Sub-Assembly)单纤双向光收发组件；
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；
QSFP28：(Quad Small Form-Factor Pluggable)四通道小型可插拔光模块；
CSFP：(Compact Small Form-Factor Pluggable)紧凑小型可插拔光模块；
SFP：(Smal 1Form-Factor Pluggable)小型可插拔光模块；
MSA：(Multi-Source Agreement)多源协议；
SPT：(Splitter)分光器；
CLT：(Circulator)光环行器；
CWDM：(Coarse Wavelength Division Multiplexer)粗波分复用。
PBS：(Polarization Beam Splitter)偏振分束器/偏振合波器。
PAM4：(Pules Amplitude Modulation)脉冲四电平调制技术
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。为了达到更大容量的要求，QSFP MSA和CSFP MSA(MultiSource Agreement)国际联盟提出了四通道和双通道数据传输的QSFP28CWDM4，QSFP-DDMSA和CSFP光模块的标准，进而使光通道密度成倍提升；同样的一对光纤得到四倍和两倍的利用，在电信网络和移动前传网络应用中，光纤资源有限，利用波分复用技术提升传输容量、节省光纤、兼容标准光模块是降低系统成本的关键。
标准光模块早已对电接口速率、电平、码型进行了严格的定义，必须兼容标准光模块才能插入光传输系统使用，传统QSFP28只能实现一对光纤100G，传统CSFP模块只能一对光纤2X10G(或2X25G)的传输容量。
目前低成本无制冷高速(25G DML)光模块常用的波长只有1270/1290/1310/1330nm等有限的几个，而且只有1270/1290/1310nm三个波长可以保证10公里的传输，每个波长通道的速率达到10-25G也已经很难进一步提升，所以利用PAM4(脉冲四电平调制技术)将每个波长通道的速率翻倍就成为提升传输容量的一个非常有效的方法。但是这种新技术目前难以与传统标准光模块兼容，影响了其普及推广。
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QSFP28和CSFP电接口协议标准、成本低、集成度高的光模块，并实现一对光纤能够传输更大容量的解决方案。
本发明采用的技术方案是这样的：兼容标准四通道小型可插拔光模块QSFP28，包括接口转换电路PHY、微控制器MCU、双发射组件BOSA与双接收组件BOSA，双路线性激光驱动器LDD，其特征在于，接口转换电路PHY实现四路NRZ码型转换为双路PAM4码型，经双路线性激光驱动器LDD后，连接至双发射组件BOSA；双接收组件BOSA连接至接口转换电路PHY，实现双路PAM4码型转换为四路NRZ码型，接收端和发射端的四路NRZ码型均与QSFP28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QSFP28标准完全兼容。
优选地，可以将双接收组件BOSA和双发射组件BOSA选用不同的波长组合，然后通过外部波分复用光无源器件，将它们复用进一对光纤，进一步实现更大容量传输，节省光纤资源。光模块的电路部分一样。
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，结合外部波分复用光无源器件，将它们复用进一对光纤，进一步节省光纤资源。
优选地，兼容标准两通道紧凑小型可插拔光模块CSFP，包括接口转换电路PHY、微控制器MCU、单波长单纤双向组件BOSA，线性激光驱动器LDD，其特征在于，接口转换电路PHY实现两路NRZ码型转换为单路PAM4码型，经线性激光驱动器LDD后，连接至发射组件TOSA；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。再采用外部波分复用光无源器件，也能实现单根(对)光纤更大的传输容量。
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QSFP28封装100G模块原理框图。
图2是本发明QSFP28光模块双纤200G主通路结构简图。
图3是本发明QSFP28模块双纤双向400G主通路结构简图。
图4是本发明单纤双向CSFP模块的主通路结构简图。
图5是本发明双纤CSFP模块实现10公里/150G双向传输的主通路结构简图。
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，本发明所述的结合PAM4技术的高速光模块包括满足QSFP28MSA定义的接口电路、接口转换电路PHY、电源启动电路、线性激光驱动LDD芯片、双接收组件BOSA、双发射组件BOSA组成。
所述双发射BOSA由两路LD和CWDM滤光片(或PBS)组成，双接收BOSA由两路PINTIA和CWDM滤光片组成。
所述的双接收组件BOSA采用两个传统的T046封装的T0，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；双发射组件采用两个传统的T056封装的TO，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QSFP28模块双纤200G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两个波长发射端配合PBS，接收端配合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。然后通过外部波分复用光无源器件将它们复用进一对光纤，进一步实现更大容量传输，节省光纤资源。
如图3，是QSFP28模块双纤双向400G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它们合在一根光纤中传输。例如可以分别选用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。四只分别收发相同波长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。
如图4，是单纤双向CSFP模块的主通路结构简图。接收与发射端采用相同或不同的波长，利用单纤双向传输技术将他们合在一根光纤中传输。例如还可以选用1270nm发射/1270nm接收相同波长配合分光器Splitter或光环行器Circulator制作单波长单纤双向传输的模块；该方案还可以向下兼容2X10G应用。
如图5，CSFP模块实现单对光纤10公里/150G双向传输的主通路结构简图。三对分别收发零色散附近的1270/1290/1310nm的双纤CSFP模块，经过波分复用也可实现单对光纤10公里/150G的双向传输，节省了光纤线路资源。
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 (5)

1.一种结合PAM4技术的高速光模块，包括接口转换电路PHY、双发射BOSA组件与双接收BOSA组件，双路线性激光驱动器LDD，其特征在于，接口转换电路PHY实现四路NRZ码型转换为双路PAM4码型，经双路线性激光驱动器LDD后，连接至双发射BOSA组件；双接收BOSA组件连接至接口转换电路PHY，实现双路PAM4码型转换为四路NRZ码型，接收端和发射端的四路NRZ码型均与QSFP28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QSFP28标准完全兼容。
2.根据权利要求1所述的结合PAM4技术的高速光模块，其特征在于，将不同波长制作的100G QSFP28模块，如1290/1310nm和1270/1330nm两只光模块可通过一对外部波分复用光无源器件合成一对光纤进行传输，实现双纤200G的双向传输，节省光纤资源。
3.根据权利要求1所述的结合PAM4技术的高速光模块，其特征在于，将收发不同波长改为收发相同波长制作的100G QSFP28模块，引入单波长单纤双向传输技术，采用Splitter分光器或Circulator光环行器将发射光和接收光分开。可以将单纤双向组件BOSA设计成为单波长BOSA，实现单波长单纤双向传输，这样多个(例如1270/1290/1310/1330四个模块)再通过波分复用光无源器件就可以实现双纤400G的双向传输，进一步节省了光纤资源。
4.根据权利要求1所述的结合PAM4技术的高速光模块，其特征在于，将其中的四路NRZ码型转换成两路PAM4码型，以及相关的部分分开到两只标准的CSFP光模块中，利用零色散附近的1270/1290/1310nm三个模块波分复用，可实现10公里/150G的双向传输，进一步节省光纤资源。
5.根据权利要求2--4所述的结合PAM4技术的高速光模块，其特征在于，所述的光接收组件内部使用的是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。
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