CN109391329A - 基于pam4-nrz接口转换芯片的sfp-dd高速光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于PAM4‑NRZ接口转换芯片的SFP‑DD高速光模块，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、光发射组件与光接收组件，激光驱动器LDD，电源启动电路；接口转换电路将双路NRZ码型与单路PAM4码型进行相互转换，在电接口方面与SFP‑DD的电接口兼容的前提下，优化光接口以达到最佳性能价格比。本发明具有光器件工艺成熟、电路结构简单、集成度高、指标高、功耗低、工作温度范围宽、成本低、易于大批量生产等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术，尤其涉及一系列基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块。
背景技术
缩略语定义：
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；
SFP：(Small Form-Factor Pluggable)小型可插拔光模块；
SFP-DD：(Small Form-Factor Pluggable-Double Density)密度加倍小型可插拔光模块；
MSA：(Multi-Source Agreement)多源协议；
PAM4：(Pulse Amplitude Modulate 4-Level)四电平脉冲幅度调制；
NRZ：(Non-Return-Zero)非归零码；
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，SFP-DD MSA(MultiSource Agreement)多元协议提出了采用传统SFP工业标准外型尺寸单通道SFP MSA机械结构的基础上，需实现密度加倍数据传输的SFP -DD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SFP-DD，对双通道的SFP-DD的尺寸大小、集成度提出了更高的要求。对于双通道SFP-DD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，如采用更小封装规格为T038的BOSA，以适应空间狭小的SFP-DD模块。
但目前所采用的PLC技术光收发组件主要都是针对四路光路而设计，针对SFP-DD的两路光路需要提出客户定制化要求。而其成本并不比标准的四路有优势。
虽然T038封装的自由空间耦合光收发模块接口组件尺寸较小，但T038尺寸光芯片一般不会在常规的SFP光模块中使用，这也导致了其批量小，价格较高，封装技术不成熟等特点。同时，利用此 T038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密度加倍SFP-DD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、易于大批量生产的密度加倍的可插拔SFP-DD 高速光模块。
本发明采用的技术方案是这样的：基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，包括接口转换电路PHY、微控制器MCU、光发射组件与光接收发组件，激光驱动器LDD，其特征在于，接口转换电路 PHY实现NRZ码型和PAM4码型之间的转换，经激光驱动器LDD后，连接至光发射组件；光接收组件ROSA 连接至接口转换电路PHY，接收端输出信号和发射端的输入信号与SFP-DD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，控制信号等与标准完全兼容。
优选地，当SFP-DD电接口输入的是两路NRZ码型时，接口转换电路PHY可以将其合并成一路 PAM4的信号，后续的光器件等均为单路，激光驱动器LDD等也需要支持线性特性，以适应PAM4信号的需要。
优选地，当SFP-DD电接口输入的是两路PAM4码型时，接口转换电路PHY可以将两路PAM4信号转换成四路NRZ信号，后续的光器件等皆为标准的四路阵列，激光驱动器阵列LDD等也不必支持线性特性，仅能支持NRZ就好。
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NRZ接口SFP-DD模块的原理框图。
图2是本发明PAM4接口SFP-DD模块的原理框图。
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。
图1是本发明NRZ接口SFP-DD模块的原理框图。由接口转换电路PHY、微控制器MCU、光发射组件TOSA与光接收组件ROSA，单路线性激光驱动器LDD，等部分组成。
图2是本发明PAM4接口SFP-DD模块的原理框图。由接口转换电路PHY、微控制器MCU、四路光发射组件TOSA与四路光接收组件ROSA，四路激光驱动器阵列，等部分组成。
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 (7)
1.一类基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，包括NRZ电接口和PAM4电接口两种。
2.NRZ电接口的基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，包含接口转换电路PHY、微控制器MCU、光发射组件TOSA与光接收组件ROSA，单路线性激光驱动器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，经单路线性激光驱动器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SFP-DD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标准完全兼容。
3.PAM4电接口的基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，包含接口转换电路PHY、微控制器MCU、光发射组件与光接收组件，激光驱动器LDD，其特征在于，接口转换电路PHY实现双路PAM4码型转换为四路NRZ码型，经激光驱动器LDD后，连接至四通道光发射组件；四通道光接收组件连接至接口转换电路PHY，实现四路NRZ码型转换为双路PAM4码型，接收端和发射端的双路PAM4码型均与SFP-DD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标准完全兼容。
4.根据权利要求2所述的NRZ电接口的基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，其特征在于输入的双路NRZ码型经接口转换电路PHY转换为单路PAM4码型后，经线性激光驱动器LDD，连接至单路光发射组件TOSA；含线性TIA的单路光接收组件ROSA连接至接口转换电路PHY，实现单路PAM4码型与双路NRZ码型之间的相互转换，并与SFP-DD的电接口的NRZ电接口互联。电路结构与权利要求2所述完全一致。
5.根据权利要求3所述的PAM4电接口的基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，其特征在于输入的双路PAM4码型经接口转换电路PHY转换为四路NRZ码型后，经限幅激光驱动器LDD，连接至四路光发射组件；四路光接收组件连接至接口转换电路PHY，实现四路NRZ码型与双路PAM4码型之间的相互转换，并与SFP-DD的PAM4电接口互联。电路结构与权利要求3所述完全一致。
6.根据权利要求2所述的NRZ电接口的基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，其特征在于单路光发射组件TOSA和含有线性TIA的单路光接收组件ROSA可以采用低成本的TO工艺实现。
7.根据权利要求3所述的PAM4电接口的基于PAM4-NRZ接口转换芯片的SFP-DD高速光模块，其特征在于四路光发射组件及限幅激光驱动器，含有TIA的四路光接收组件可以采用适用于NRZ码型的通用光接收组件，以优化性能、功耗及成本。
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