CN110278034A - 一种光模块及光接收控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块及光接收控制方法，包括PD、采样电阻、比较单元和MCU；所述PD的一端连接电源引脚，所述PD的另一端通过采样电阻接地，所述PD用于将接收到的光信号转换为光电流并将所述光电流从所述PD的另一端输出；所述PD的另一端连接比较单元的输入端，比较单元用于接收所述PD的另一端输出的光电流；所述MCU控制连接比较单元，且所述MCU向比较单元输入参考电平，所述MCU控制比较单元输出NRZ码型电信号。本申请提供的光模块及光接收控制方法，既可以接收PAM4码型光信号，又可以用于接收NRZ码型光信号，解决PAM4码型光通信设备与NRZ码型光通信设备之间的兼容性问题，便于在光通信设备中使用。

Description

一种光模块及光接收控制方法

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块及光接收控制方法。

背景技术

在光纤通信技术的应用中，光模块接收通过光纤传输的光信号，需要将光信号经过光模块中的光电二极管转换为电信号。

目前，光通信设备中主要采用NRZ码型进行信号传输，即使用由0和1两个电平组成的二进制信号进行信号传输。但随着大数据和云计算时代的到来，流量的增长，对于光通信设备的信号传输速率提出了更高的要求。而使用由0和1两个电平组成的二进制的NRZ码型，由于电信号调制和传输速率的限制，使其渐渐不能满足目前信号高传输速率的需求。为适应目前信号传输速率的需求，开始出现采用PAM4型信号进行信号传输。与NRZ型信号相比，PAM4码型具有4种数字幅度电平(如分别表示0、1、2、3)，这样每个符码就可以包含两个bit信息。如此在相同的波特率下，比特率可以达到NRZ码型的两倍，极大提高了传输效率。

在使用中发现，原有采用NRZ码型来传输信号的光通信设备(记为NRZ码型光通信设备)，与采用PAM4码型来传输信号的光通信设备(记为PAM4码型光通信设备)相互之间无法进行兼容传输。目前，信号传输多是在采用相同码型信号的光通信设备间传输，如：采用NRZ码型光通信设备与采用NRZ码型光通信设备进行信号传输，采用PAM4码型光通信设备与采用PAM4码型光通信设备进行信号传输。如此，将限制了光通信设备在信号传输中的使用，且不适用于信号高传输速率的发展趋势。

发明内容

本申请提供了一种光模块及光接收控制方法，解决PAM4码型光通信设备与NRZ码型光通信设备之间的兼容性问题，便于在光通信设备中使用。

第一方面，本申请提供了一种光模块，其特征在于，包括PD(Photo-Diode，光电二极管)、采样电阻、比较单元和MCU；其中：

所述PD的一端连接电源引脚，所述PD的另一端通过所述采样电阻接地，所述PD用于将接收到的光信号转换为光电流并将所述光电流从所述PD的另一端输出；

所述PD的另一端连接所述比较单元的输入端，所述比较单元用于接收所述PD的另一端输出的光电流；所述MCU控制连接所述比较单元，且所述MCU向所述比较单元输入参考电平，所述MCU控制所述比较单元输出NRZ码型电信号。

第二方面，本申请提供了一种光接收控制方法，所述方法包括：

当用于接收一路PAM4码型光信号时，向比较单元输出参考电平，控制比较单元输出两路NRZ码型电信号；

当用于接收一路NRZ码型光信号时，向比较单元输出参考电平，控制比较单元输出一路NRZ码型电信号。

本申请提供的一种光模块及光接收控制方法，PD接收光信号并将光信号转换为光电流信号，PD的另一端分别连接采样电阻和比较单元的输入端，PD通过采样电阻接地，PD与采样电阻配合将光电流信号转换为电压信号输入比较单元，MCU控制连接比较单元，控制所述比较单元根据输入的电压信号输出NRZ码型电信号。具体使用：当用于接收PAM4码型光信号时，PD接收PAM4码型光信号并转换成光电流信号，结合采样电阻将光电流信号转换为电压信号输入至比较单元，MCU输出参考电平控制参考单元对输入的电压信号进行处理，控制比较单元输出两路NRZ码型电信号；当用于接收NRZ码型光信号时，PD接收NRZ码型光信号并转换成光电流信号，结合采样电阻将光电流信号转换为电压信号输入至比较单元，MCU输出参考电平控制参考单元对输入的电压信号进行处理，控制比较单元输出一路NRZ码型电信号。因此本申请提供的光模块，既可以接收PAM4码型光信号，又可以用于接收NRZ码型光信号，从而解决新型PAM4码型光通信设备与现有NRZ码型光通信设备之间的不兼容的问题，极大提高了光模块的使用便利性，便于其在光通信设备中使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的一种光模块的结构示意图；

图4为本申请实施例中提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为本申请实施例中提供的一种光模块的电路结构图；

图6为本申请实施例中提供的另一种光模块的电路结构图；

图7为本申请实施例中提供的一种光接收控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光电信号的转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导中传输，利用光在光纤中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输。而计算机等信息处理设备采用的是电信号，这就需要在信号传输过程中实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光电转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、传输数据信号以及接地等，金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的标准方式，以此为基础，电路板是大部分光模块中必备的技术特征。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络单元100、光模块200、光纤101及网线103；

光纤的一端连接远端服务器，网线的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤与网线的连接完成；而光纤与网线之间的连接由具有光模块的光网络单元完成。

光模块200的光口与光纤101连接，与光纤建立双向的光信号连接；光模块200的电口接入光网络单元100中，与光网络单元建立双向的电信号连接；光模块实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络单元之间建立连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络单元100中，来自光网络单元100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。光模块200是实现光电信号相互转换的工具，不具有处理数据的功能，在上述光电转换过程中，信息并未发生变化。

光网络单元具有光模块接口102，用于接入光模块，与光模块建立双向的电信号连接；光网络单元具有网线接口104，用于接入网线，与网线建立双向的电信号连接；光模块与网线之间通过光网络单元建立连接，具体地，光网络单元将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络单元作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络单元及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络单元是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络单元结构示意图。如图2所示，在光网络单元100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106中设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起结构。

光模块200插入光网络单元中，具体为光模块的电口插入笼子106中的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量通过光模块壳体传导给笼子，最终通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图4所示，本申请实施例提供的光模块200，包括上壳体201、下壳体202、解锁手柄203和电路板204，电路板204上设置或连接用于光接收和光发射的组件。

上壳体201与下壳体202形成具有两个开口的包裹腔体，具体可以是在同一方向的两端开口(205、206)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口205，用于插入光网络单元等上位机中，另一个开口为光口206，用于外部光纤接入以连接内部光纤，电路板204等光电器件位于包裹腔体中。

上壳体201及下壳体202一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板204等器件安装到壳体中，一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。

解锁手柄203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁表面相对移动；光模块插入上位机时由解锁手柄203将光模块固定在上位机的笼子里，通过拉动解锁手柄203以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

本申请实施例提供的光模块200可用于接收PAM4码型光信号和NRZ码型光信号，便于解决PAM4码型光通信设备与NRZ码型光通信设备之间的兼容性问题。

图5为本申请实施例提供的一种光模块200的电路结构示意图。如图5所示，本申请实施例提供的光模块200中包括PD301、采样电阻302、比较单元和MCU303。

在本申请实施例中，PD301、采样电阻302、比较单元和MCU303设置在电路板204上。具体的：PD301的一端连接电源引脚，PD301的另一端分别连接采样电阻302和比较单元的输入端，PD301通过采样电阻302接地，PD301与采样电阻302配合将光电流信号转换为电压信号输入比较单元，MCU303控制连接比较单元，MCU303向所述比较单元输入参考电平，MCU303控制所述比较单元输出NRZ码型电信号。

在本申请实施例中，PD301用于接收光信号，如PAM4码型光信号和NRZ码型光信号。MCU303根据光模块需要接收光信号的码型，向比较单元输出相应的参考电平，用于控制比较单元根据接收到的参考电平和输入的电压信号输出NRZ码型电信号。

在本申请实施例中，MCU303通过上位机获取光模块发射光信号的码型，从而输出参考电平和控制信号，从而控制比较单元根据所述参考电平和控制信号以及输入其的电压信号输出NRZ码型电信号。在本申请实施例中，比较单元包括比较器。具体的：

当MCU303通过上位机获取到需要光模块用于接收PAM4码型光信号时，MCU303向比较单元输出相应的参考电平和控制信号。当PD301接收到PAM4码型光信号时，将PAM4码型光信号转换成光电流，与采样电阻302配合转换成电压信号传输至比较单元。比较单元接收到MCU303向其输出参考电平和控制信号，根据接收的参考电平以及电压信号输出两路NRZ码型电信号，即将PAM4码型光信号对应的电压信号转换为两路NRZ码型电信号，使PAM4码型光信号由两个bit构成通过比较单元输出两组bit值，进而实现了对PAM4码型光信号的接收。

当MCU303通过上位机获取到需要光模块用于接收NRZ码型光信号时，MCU303向比较单元输出相应的参考电平和控制信号。当PD301接收到NRZ码型光信号，将NRZ码型光信号转换成光电流，与采样电阻302配合转换成电压信号传输至比较单元。比较单元接收到MCU303向其输出参考电平和控制信号，根据接收的参考电平以及电压信号输出一路NRZ码型电信号，进而实现了对NRZ码型光信号的接收。

因此，本申请实施例提供的光模块200，可根据上位机的实际需求进行PAM4码型光信号或NRZ码型光信号，既可以实现由1路PAM4型号光信号转换成2路NRZ型号电信号，又可以实现一路NRZ型号光信号转换成电信号。方便的用于PAM4码型光通信设备和NRZ码型光通信设备间的信号传输，解决新型PAM4码型通信设备与现有NRZ设备不兼容的问题。

如附图5所示，本申请实施例提供的光模块还包括峰值检波器304。峰值检波器304的输入端连接PD301的另一端，峰值检波器304的输出端连接MCU303。峰值检波器304用于检测输入至比较单元电压信号的峰值电平幅度，并将检测到的峰值电平幅度传输至MCU303，MCU303利用峰值电平幅度确定其输入至比较单元参考电平的大小，即利用电平幅度指导确定参考电平的大小，如选择峰值电平幅度的一半或四分之一作为参考电平等。设置峰值检波器便于实现根据输入实际电压信号确定参考电平。

图6为本申请实施例提供的另一种光模块的电路结构示意图。如附图6所示，在本申请具体实施方式中，比较单元包括第一比较器305和第二比较器306。PD301的另一端分别连接第一比较器305的输入端和第二比较器306的输入端；MCU303分别控制连接第一比较器305和第二比较器306，且所述MCU303向第一比较器305和第二比较器306分别输入相应的参考电平，控制第一比较器305和第二比较器306根据其相应的参考电平结合其接收到的电压信号输出NRZ码型电信号。

在本申请实施例中，MCU303向第一比较器305输入一级参考电平，MCU303向第二比较器306输入二级参考电平。一级参考电平为峰值电平幅度的三分之一到三分之二，如峰值电平幅度为3V，一级参考电平可选在(1-2)V之间。优选一级参考电平为峰值电平幅度的二分之一，即1.5V作为一级参考电平。二级参考电平为峰值电平幅度的0到三分之一，如峰值电平幅度为3V，二级参考电平可选在(0-1)V之间。优选二级参考电平为峰值电平幅度的四分之一，即0.75V作为二级参考电平。如此，第一比较器305输出的NRZ码型电信号作为高位，第二比较器306输出的NRZ码型电信号作为低位。

参考附图6，本申请实施例提供的光模块还包括电平转换芯片307。电平转换芯片307的输入端分别连接第一比较器305的输出端和第二比较器306的输出端。MCU303控制连接电平转换芯片307，MCU303向电平转换芯片307输出参考电平，根据所述参考电平MCU303控制所述电平转换芯片307对接收到的NRZ码型电信号进行电平转换。平转换芯片307用于将接收的NRZ码型电信号转换到理想电平的NRZ码型电信号。

下面结合具体实施例对光模块接收PAM4码型光信号和NRZ码型光信号的过程进行说明：

当用于接收PAM4码型光信号时，PD接收PAM4码型光信号并转换成光电流信号，结合采样电阻将光电流信号转换为电压信号输入至第一比较器305和第二比较器306。峰值检波器304检测电压信号，获取电压信号的峰值电平幅度。假设MCU303获知到检测到的峰值电平幅度为3V，则MCU303向第一比较器305输出一级参考电平以及向第二比较器306输出二级参考电平，第一比较器305将一级参考电平与电压信号进行比较输出NRZ1,第二比较器306将二级参考电平与电压信号进行比较输出NRZ2，NRZ1为高位。第一比较器305输出的NRZ1和第二比较器306输出的NRZ2分别输入至电平转换芯片307，MCU303向电平转换芯片307输出两个用于NRZ1和NRZ2的参考电平，电平转换芯片307根据相应的参考电平将NRZ1和NRZ2的电平幅度进行调整，然后输出电平调整后的NRZ1和NRZ2，实现PAM4码型光信号到NRZ码型电信号的接收。通过MCU303交换输出至两个比较器参考电平的大小，可实现NRZ1和NRZ2高位的切换。

当用于接收NRZ码型光信号时，MCU303向第二比较器306输出关闭控制信号，控制第二比较器306关闭。PD接收NRZ码型光信号并转换成光电流信号，结合采样电阻将光电流信号转换为电压信号输入至第一比较器305。峰值检波器304检测电压信号，获取电压信号的峰值电平幅度。假设MCU303获知到检测到的峰值电平幅度为3V，则MCU303向第一比较器305输出的参考电平为1.5V。第一比较器305将1.5V的参考电平与电压信号进行比较输出NRZ。第一比较器305输出的NRZ输入至电平转换芯片307，MCU303向电平转换芯片307输出两个用于NRZ的参考电平，电平转换芯片307根据相应的参考电平将NRZ的电平幅度进行调整，然后输出电平调整后的NRZ，实现NRZ码型光信号到NRZ码型电信号的接收。在用于接收NRZ码型光信号时，还可以选择关闭第一比较器305，通过第二比较器306进行信号输出，其信号输出控制与第一比较器305的相似，在此不再赘述。

本申请实施例提供的光模块，有助于根据接收信号的码型进行灵活切换，提高光模块使用的灵活性。

为便于本申请实施例提供的光模块的实施，本申请实施例还提供了一种光接收控制方法，所述光接收控制方法应用于光模块中，具体通过MCU进行执行。

图7为本申请实施例提供的一种光接收控制方法的流程图。如图7所示，本申请实施例提供的光接收控制方法，包括：

S100：当用于接收一路PAM4码型光信号时，向比较单元输出参考电平，控制比较单元输出两路NRZ码型电信号。

S200：当用于接收一路NRZ码型光信号时，向比较单元输出参考电平，控制比较单元输出一路NRZ码型电信号。

在本申请实施例中，MCU通过上位机获取光模块接收光信号的码型，从而确定光模块用于接收一路PAM4光信号还是用于接收一路NRZ码型光信号。

进一步，在本申请实施例提供的光接收控制方法中，还包括：接收峰值检波器发送的电压信号的峰值幅度，根据所述电压信号的峰值幅度确定输出参考电平的大小。

进一步，在本申请实施例提供的光接收控制方法中，当用于接收一路PAM4码型光信号时，向比较单元输出参考电平，包括：

当用于接收一路PAM4码型光信号时，输出第一控制信号和第一参考电平至第一比较器，输出第二控制信号和第二参考电平至第二比较器；

根据所述第一控制信号和第一参考电平，控制所述第一比较器输出第一路NRZ码型电信号；

根据所述第二控制信号和第二参考电平，控制所述第二比较器输出第二路NRZ码型电信号。

进一步，在本申请实施例提供的光接收控制方法中，当用于接收一路NRZ码型光信号时，向比较单元输出参考电平，包括：

当用于接收一路NRZ码型光信号时，输出控制信号和参考电平至第一比较器，输出使能信号至第二比较器；

根据所述控制信号和参考电平，控制所述第一比较器输出一路NRZ码型电信号；根据所述使能信号，控制所述第二比较器关闭。

进一步，在本申请实施例提供的光接收控制方法中，当用于接收一路NRZ码型光信号时，向比较单元输出参考电平，包括：

当用于接收一路NRZ码型光信号时，输出控制信号和参考电平至第二比较器，输出使能信号至第一比较器；

根据所述控制信号和参考电平，控制所述第二比较器输出一路NRZ码型电信号；根据所述使能信号，控制所述第一比较器关闭。

更进一步，在本申请实施例提供的光发射控制方法中，还包括：

当用于接收一路PAM4码型光信号时，向电平转换芯片输出参考电平，控制所述电平转换芯片将输入至所述电平转换芯片的两路NRZ码型电信号进行电平转换，并输出两路电平转换后的NRZ码型电信号；

当用于接收一路NRZ码型光信号时，向电平转换芯片输出参考电平，控制所述电平转换芯片将输入至所述电平转换芯片的一路NRZ码型电信号进行电平转换，并输出一路电平转换后的NRZ码型电信号。

本申请实施例提供的光发射控制方法得具体使用参见上述实施例提供的光发射次模块中所述，在此不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种光模块，其特征在于，包括PD、采样电阻、比较单元和MCU；其中：

所述PD的一端连接电源引脚，所述PD的另一端通过所述采样电阻接地，所述PD用于将接收到的光信号转换为光电流并将所述光电流从所述PD的另一端输出；

所述PD的另一端连接所述比较单元的输入端，所述比较单元用于接收所述PD的另一端输出的光电流；所述MCU控制连接所述比较单元，且所述MCU向所述比较单元输入参考电平，所述MCU控制所述比较单元输出NRZ码型电信号。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，其特征在于，所述光模块还包括峰值检波器；所述峰值检波器的输入端连接所述PD的另一端，所述峰值检波器的输出端连接所述MCU，用于向所述MCU输入检测到电压信号的峰值幅度。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述比较单元包括第一比较器和第二比较器；

所述PD的另一端分别连接所述第一比较器的输入端和第二比较器的输入端；所述MCU分别控制连接所述第一比较器和第二比较器，且所述MCU向所述第一比较器和第二比较器分别输入参考电平。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括电平转换芯片；

所述电平转换芯片的输入端分别连接所述第一比较器的输出端和第二比较器的输出端；所述MCU控制连接所述电平转换芯片，所述MCU控制所述电平转换芯片对接收到的NRZ码型电信号进行电平转换。

5.一种光接收控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当用于接收一路PAM4码型光信号时，向比较单元输出参考电平，控制比较单元输出两路NRZ码型电信号；

当用于接收一路NRZ码型光信号时，向比较单元输出参考电平，控制比较单元输出一路NRZ码型电信号。

6.根据权利要求5所述的光接收控制方法，其特征在于，所述方法还包括：接收峰值检波器发送的电压信号的峰值幅度，根据所述电压信号的峰值幅度确定输出参考电平的大小。

7.根据权利要求5所述的光接收控制方法，其特征在于，当用于接收一路PAM4码型光信号时，向比较单元输出参考电平，包括：

当用于接收一路PAM4码型光信号时，输出第一控制信号和第一参考电平至第一比较器，输出第二控制信号和第二参考电平至第二比较器；

根据所述第一控制信号和第一参考电平，控制所述第一比较器输出第一路NRZ码型电信号；

根据所述第二控制信号和第二参考电平，控制所述第二比较器输出第二路NRZ码型电信号。

8.根据权利要求5所述的光接收控制方法，其特征在于，当用于接收一路NRZ码型光信号时，向比较单元输出参考电平，包括：

当用于接收一路NRZ码型光信号时，输出控制信号和参考电平至第一比较器，输出使能信号至第二比较器；

根据所述控制信号和参考电平，控制所述第一比较器输出一路NRZ码型电信号；根据所述使能信号，控制所述第二比较器关闭。

9.根据权利要求7所述的光接收控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当用于接收一路PAM4码型光信号时，向电平转换芯片输出参考电平，控制所述电平转换芯片将输入至所述电平转换芯片的两路NRZ码型电信号进行电平转换，并输出两路电平转换后的NRZ码型电信号；

当用于接收一路NRZ码型光信号时，向电平转换芯片输出参考电平，控制所述电平转换芯片将输入至所述电平转换芯片的一路NRZ码型电信号进行电平转换，并输出一路电平转换后的NRZ码型电信号。