CN109560872A - Mini SAS光模块及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Mini SAS光模块及系统。该光模块包括：发射模块、第一滤波模块、接收模块、第二滤波模块和控制模块。发射模块用于将接收的多路第一电信号分别转换为第一光信号；接收模块用于将接收的多路第二光信号分别转换为第二电信号；第一滤波模块和第二滤波模块分别用于接收第一电压信号和第二电压信号，并分别提供给发射模块和接收模块供电；控制模块用于监控发射模块和接收模块的运行。上述Mini SAS光模块实现多路电信号和多路光信号的相互转换，提高了传输速率，增加了传输距离。

Description

Mini SAS光模块及系统

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种Mini SAS光模块及系统。

背景技术

SAS(Serial Attached SCSI，串行SCSI)是应用最普遍的小型计算机系统接口技术，广泛应用于服务器，存储设备中。

目前市面上大多数的Mini SAS线缆都是铜缆，传输速率低，距离短，而且铜缆的线径较粗。因此，随着大数据、社交媒体、移动物联网的广泛应用，使得传统Mini SAS线缆的传输速率及传输距离已无法满足要求。

发明内容

基于此，有必要针对传统Mini SAS线缆的传输距离短的问题，提供一种Mini SAS光模块及系统。

一种Mini SAS光模块，包括：发射模块、第一滤波模块、接收模块、第二滤波模块和控制模块；

所述发射模块用于接收多路第一电信号，并将各路所述第一电信号分别转换为第一光信号，以及发射各路所述第一光信号；

所述第一滤波模块用于接收第一电压信号，并将所述第一电压信号进行滤波，且利用滤波后的第一电压信号分别对发射模块和控制模块供电；

所述接收模块用于接收多路第二光信号，并将各路所述第二光信号分别转换为第二电信号；

所述第二滤波模块用于接收第二电压信号，并将所述第二电压信号进行滤波，且利用滤波后的第二电压信号对接收模块供电；

所述控制模块分别与发射模块和接收模块连接，用于监控所述发射模块和接收模块的运行。

在其中一个实施例中，Mini SAS光模块还设有发射端金手指和接收端金手指；所述发射模块通过发射端金手指接收多路第一电信号；所述接收模块通过接收端金手指输出多路第二电信号；所述第一滤波模块通过发射端金手指获取所述第一电压信号；所述第二滤波模块通过接收端金手指获取所述第二电压信号；所述控制模块通过I2C总线与所述发射端金手指连接。

在其中一个实施例中，所述控制模块还通过I2C总线分别与所述发射模块、和接收模块连接。

在其中一个实施例中，所述第二滤波模块还用于将滤波后的第二电压信号对控制模块供电。

在其中一个实施例中，所述发射模块包括垂直腔面发射激光器驱动芯片和垂直腔面发射激光器阵列。

在其中一个实施例中，所述垂直腔面发射激光器阵列包括四个垂直腔面发射激光器，各所述垂直腔面发射激光器分别用于接收一路第一电信号，并将所述第一电信号转换为第一光信号；所述第一电信号和第一光信号均为差分信号。

在其中一个实施例中，所述接收模块包括接收驱动芯片和光电探测器。

在其中一个实施例中，所述光电探测器包括四个PIN光电二极管或四个雪崩光电二极管，各所述PIN光电二极管或各所述雪崩光电二极管分别用于接收一路第二光信号，并将所述第二光信号转换为第二电信号；所述第二光信号和第二电信号均为差分信号。

在其中一个实施例中，所述第一滤波模块和所述第二滤波模块均为CMOS芯片。

一种Mini SAS光模块系统，包括主机、光纤传输线及上述的Mini SAS光模块；

所述主机向所述发射端金手指输出多路第一电信号，以及接收来自所述接收端金手指的多路第二电信号；所述主机还通过所述发射端金手指与控制模块进行数据通信；

所述光纤传输线分别连接所述发射模块和接收模块，用于接收所述发射模块输出的多路第一光信号，以及将多路第二光信号传输至接收模块。

上述Mini SAS光模块及系统通过发射模块和接收模块实现多路电信号和多路光信号的相互转换，从而提高了传输速率，增加了传输距离。

附图说明

图1为一实施例的Mini SAS光模块结构示意图；

图2为另一实施例的Mini SAS光模块结构示意图；

图3为一实施例的金手指结构示意图；

图4为另一实施例的金手指结构示意图；

图5为一实施例的发射模块结构示意图；

图6为一实施例的垂直腔面发射激光器驱动芯片的电路示意图；

图7为一实施例的接收模块结构示意图；

图8为一实施例的接收驱动芯片的电路示意图；

图9为一实施例的CMOS芯片的电路示意图；

图10为一实施例的控制芯片的电路示意图；

图11为一实施例的Mini SAS光模块系统结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

图1为一实施例的Mini SAS光模块100。其中，该光模块100包括：发射模块110、第一滤波模块120、接收模块130、第二滤波模块140和控制模块150。

发射模块110用于接收多路第一电信号10，并将各路第一电信号10分别转换为第一光信号11，以及发射各路第一光信号11。

第一滤波模块120用于接收第一电压信号12，并将第一电压信号12进行滤波，且利用滤波后的第一电压信号分别对发射模块110和控制模块150供电。

接收模块130用于接收多路第二光信号20，并将各路第二光信号20分别转换为第二电信号21。

第二滤波模块140用于接收第二电压信号22，并将第二电压信号22进行滤波，且利用滤波后的第二电压信号对接收模块130供电。

控制模块150分别与发射模块110和接收模块130连接，用于监控发射模块110和接收模块130的运行。

可以理解地，第二滤波模块140还用于将滤波后的第二电压信号22对控制模块150供电。即，控制模块150运行需要的电源可由第一滤波模块120滤波后的电源提供，也可由第二滤波模块140滤波后的电源提供。

进一步地，如图2所示，Mini SAS光模块100还设有发射端金手指170和接收端金手指180。其中，发射模块110通过发射端金手指170接收多路第一电信号10。接收模块130通过接收端金手指180输出多路第二电信号21。第一滤波模块120通过发射端金手指170获取第一电压信号12。第二滤波模块140通过接收端金手指180获取第二电压信号22。控制模块150通过I2C总线与发射端金手指170连接，从而与外界进行数据通信。

进一步地，控制模块150还通过I2C总线分别与发射模块110和接收模块130连接。

可以理解地，控制模块150还可以与第二滤波模块140进行电连接，以获取运行所需的电源；以及与接收端金手指180通过I2C总线连接，以与外界进行数据通信。

具体地，参见图3和图4，图3为发射端金手指示意图，图4为接收端金手指示意图。如图3可知，发射端金手指设有四组差分信号引脚、一组电压信号引脚、一组I2C总线引脚及六个接地引脚。其中，四组差分信号引脚分别为：TX0+、TX0-，TX1+、TX1-，TX2+、TX2-及TX3+、TX3-。一组电压信号引脚分别为：Vact和Vman。一组I2C总线引脚分别为数据线引脚SDA和时钟信号线引脚SCL。

其中，四组差分信号引脚(TX0+、TX0-，TX1+、TX1-，TX2+、TX2-及TX3+、TX3-)分别连接发射模块110，用于向发射模块110发送四路第一电信号(第一电信号为差分信号)。

其中，电压信号引脚Vact连接第一滤波模块120，用于向第一滤波模块120发送第一电压信号12。可选地，第一电压信号12为3.3V。电压信号引脚Vman连接第一滤波模块120，用于向第一滤波模块120发送第一金手指电压信号VCCM。可选的VCCM为3.3V。

其中，一组I2C总线引脚(SDA和SCL)分别连接控制模块150，用于与控制模块150进行数据通信。

如图4可知，接收端金手指设有四组差分信号引脚，分别为：RX0+、RX0-，RX1+、RX1-，RX2+、RX2-及RX3+、RX3-。其中，各组差分信号引脚分别连接接收模块130，用于接收来自接收模块130的四路第二电信号(第二电信号为差分信号)。此外，接收端金手指的其他引脚与图3中发射端金手指的引脚结构相似，这里就不赘述了。

具体地，如图5所示，发射模块110包括垂直腔面发射激光器(VerticalCavitySurface Emitting Laser,VCSEL)驱动芯片111和垂直腔面发射激光器阵列112。

具体地，如图5所示，垂直腔面发射激光器阵列112包括四个直腔面发射激光器T1、T2、T3和T4，各垂直腔面发射激光器分别用于接收一路第一电信号10，并将第一电信号10转换为第一光信号11。其中，第一电信号10和第一光信号11均为差分信号。

具体地，每一路上述的差分信号的传输数据速率为12Gbps，从而可实现48G的信号发送。

具体地，四个直腔面发射激光器T1、T2、T3和T4采用分立的芯片，利用COB(chip onBoard)工艺封装贴片在PCB板上。

在本实施例中，垂直腔面发射激光器是一种垂直表面出光的新型激光器。与传统发射激光器相比，具有如下优势：小的发散角和圆形对称的远、近场分布使其与光纤的耦合效率大大提高，而不需要复杂昂贵的光束整形系统；光腔长度极短，导致其纵模间距拉大，可在较宽的温度范围内实现单纵模工作，动态调制频率高；腔体积减小使得其自发辐射因子较普通端面发射激光器高几个数量级，这导致许多物理特性大为改善；可以在片测试，极大地降低了开发成本；出光方向垂直衬底，可以很容易地实现高密度二维面阵的集成，实现更高功率输出，并且因为在垂直于衬底的方向上可并行排列着多个激光器，所以有利于并行光传输以及并行光互连；制造工艺与发光二极管(LED)兼容，大规模制造的成本很低。

具体地，如图6所示，垂直腔面发射激光器驱动芯片111设有四组差分信号引脚，分别为：A1P、A1N，A2P、A2N，A3P、A3N及A4P、A4N。其中，各组差分信号引脚分别与图3中发射端的金手指的四组差分信号引脚TX0+、TX0-，TX1+、TX1-，TX2+、TX2-及TX3+、TX3-对应连接，从而形成四路差分信号线，用于传输四路第一电压信号10。

具体地，如图7所示，接收模块130包括接收驱动芯片131和光电探测器132。

具体地，如图7所示，光电探测器131包括四个PIN光电二极管或四个雪崩光电二极管R1、R2、R3和R4，各PIN光电二极管或各雪崩光电二极管分别用于接收一路第二光信号20，并将第二光信号20转换为第二电信号21。其中，第二光信号20和第二电信号21均为差分信号。

具体地，每一路上述的差分信号的传输数据速率为12Gbps，从而可实现48G的信号接收。

具体地，四个PIN光电二极管或四个雪崩光电二极管(R1、R2、R3和R4)采用分立的芯片，利用COB(chip on Board)工艺封装贴片在PCB板上。

具体地，如图8所示，接收驱动芯片131设有四组差分信号引脚，分别为：Z1P、Z1N，Z2P、Z2N，Z3P、Z3N及Z4P、Z4N。其中，各组差分信号引脚分别与图4中接收端金手指的四组差分信号引脚RX0+、RX0-，RX1+、RX1-，RX2+、RX2-及RX3+、RX3-对应连接，从而形成四路差分信号线，用于传输四路第二电压信号21。

具体地，第一滤波模块120和所述第二滤波模块140均为CMOS芯片。

具体地，如图9所示，CMOS芯片设有引脚S1、S2、D1、D2、G1和G2。其中，引脚G1和G2分别接地。以第一滤波模块120为例，引脚S1连接图3中发射端的金手指的引脚Vact，以获取第一电压信号12(VCC)，经CMOS芯片处理后从引脚D1输出，用于给垂直腔面发射激光器驱动芯片提供工作电压。引脚S2接入第一金手指电压信号VCCM，引脚D2输出经CMOS芯片处理后的第一金手指电压信号VCCMO，用于给控制模块150供电。此外，引脚S1的引出线和引脚G1的引出线之间连接滤波电容C1，用于过滤第一电压信号12(VCC)。引脚S2的引出线和引脚G2的引出线之间连接滤波电容C2，用于过滤第一金手指电压信号VCCM。引脚D1的引出线与接地之间连接滤波电容C3，用于过滤经CMOS芯片处理后第一电压信号VCCO。引脚D2的引出线与接地之间连接滤波电容C4，用于过滤经CMOS芯片处理后第一金手指电压信号VCCMO。

另外，第二滤波模块140中，CMOS芯片的结构功能与第一滤波模块120中的CMOS芯片相似，这里就不赘述了。

进一步地，第一滤波模块120和所述第二滤波模块140中的CMOS芯片还用于实现Mini SAS光模块的缓启动。由于Mini SAS光模块支持热插拔功能，CMOS芯片的缓启动功能可以减缓热插拔时引起的系统电压振荡，从而保护Mini SAS光模块的正常运行。

具体地，控制模块150设有微控制芯片(MCU)，如图10所示，微控制芯片设有I2C总线引脚，并通过I2C总线分别与发射端金手指170、发射模块110和接收模块130进行数据通信。其中，I2C总线是一种简单、双向二线制同步串行总线，其包括两条双向的线，一条为数据线(Serial Data Line，SDA)，另一条为时钟线(Serial Clock，SCL)，它只需要两根线即可在相互连接的各芯片之间传送信息。

进一步地，微控制芯片的控制电路上预留了烧录孔，该烧录孔用于写入预设的软件程序，从而实现对发射模块110和接收模块130的实时监控。例如，接收信号的强度指示(Received Signal Strength Indicator，RSSI)监控软件；bias电流监控软件，用于监控芯片耦合时的电流大小。此外，微控制芯片还监控发射模块110和接收模块130的光信号发射及接收的功率大小。

图11为一实施例的Mini SAS光模块系统，该系统包括主机200、光纤传输线160及上述Mini SAS光模块100。主机200向发射端金手指170输出多路第一电信号，以及接收来自接收端金手指180接收多路第二电信号。主机200还通过发射端金手指170与控制模块150进行数据通信，以实现控制模块150的软件监控功能。光纤传输线160分别连接发射模块110和接收模块130，用于接收发射模块110输出的多路第一光信号11，以及将多路第二光信号20传输至接收模块130。

可以理解地，主机200还可以通过接收端金手指180与控制模块150进行数据通信。

具体地，主机200包括光纤收发器、汇聚交换机等光通信设备。

上述Mini SAS光模块及系统，通过VCSEL驱动芯片和接收驱动芯片实现多路电信号和多路光信号的相互转换，并采用了光纤传输多路光信号，从而提高了传输速率，增加了传输距离。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种Mini SAS光模块，其特征在于，包括：发射模块、第一滤波模块、接收模块、第二滤波模块和控制模块；

所述发射模块用于接收多路第一电信号，并将各路所述第一电信号分别转换为第一光信号，以及发射各路所述第一光信号；

所述第一滤波模块用于接收第一电压信号，并将所述第一电压信号进行滤波，且利用滤波后的第一电压信号分别对发射模块和控制模块供电；

所述接收模块用于接收多路第二光信号，并将各路所述第二光信号分别转换为第二电信号；

所述第二滤波模块用于接收第二电压信号，并将所述第二电压信号进行滤波，且利用滤波后的第二电压信号对接收模块供电；

所述控制模块分别与发射模块和接收模块连接，用于监控所述发射模块和接收模块的运行。

2.根据权利要求1所述的Mini SAS光模块，其特征在于，还设有发射端金手指和接收端金手指；所述发射模块通过发射端金手指接收多路第一电信号；所述接收模块通过接收端金手指输出多路第二电信号；所述第一滤波模块通过发射端金手指获取所述第一电压信号；所述第二滤波模块通过接收端金手指获取所述第二电压信号；所述控制模块通过I2C总线与发射端金手指连接。

3.根据权利要求2所述的Mini SAS光模块，其特征在于，所述控制模块还通过I2C总线分别与所述发射模块和接收模块连接。

4.根据权利要求1所述的Mini SAS光模块，其特征在于，所述第二滤波模块还用于将滤波后的第二电压信号对控制模块供电。

5.根据权利要求1所述的Mini SAS光模块，其特征在于，所述发射模块包括垂直腔面发射激光器驱动芯片和垂直腔面发射激光器阵列。

6.根据权利要求5所述的Mini SAS光模块，其特征在于，所述垂直腔面发射激光器阵列包括四个垂直腔面发射激光器；各所述垂直腔面发射激光器分别用于接收一路第一电信号，并将所述第一电信号转换为第一光信号；所述第一电信号和第一光信号均为差分信号。

7.根据权利要求1所述的Mini SAS光模块，其特征在于，所述接收模块包括接收驱动芯片和光电探测器。

8.根据权利要求7所述的Mini SAS光模块，其特征在于，所述光电探测器包括四个PIN光电二极管或四个雪崩光电二极管；各所述PIN光电二极管或各所述雪崩光电二极管分别用于接收一路第二光信号，并将所述第二光信号转换为第二电信号；所述第二光信号和第二电信号均为差分信号。

9.根据权利要求1所述的Mini SAS光模块，其特征在于，所述第一滤波模块和所述第二滤波模块均为CMOS芯片。

10.一种Mini SAS光模块系统，其特征在于，包括主机、光纤传输线及如权利要求1至9任一项所述的Mini SAS光模块；

所述主机向所述发射端金手指输出多路第一电信号，以及接收来自所述接收端金手指的多路第二电信号；所述主机还通过所述发射端金手指与控制模块进行数据通信；

所述光纤传输线分别连接所述发射模块和接收模块，用于接收所述发射模块输出的多路第一光信号，以及将多路第二光信号传输至接收模块。