CN110971304A - 一种基于硅光的光收发组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硅光技术领域，提供了一种基于硅光的光收发组件。包括光收发组件中包括硅光芯片元件和电芯片元件，具体的：所述硅光芯片元件包括硅光芯片台阶、硅光调制器、第一探测器和激光器驱动单元；其中，所述硅光调制器、第一探测器和激光器驱动单元通过半导体加工方式在所述硅光芯片上制作而成；所述电芯片元件包括微处理器、调制器驱动单元、跨阻放大器和时钟数据恢复单元；其中，所述微处理器、调制器驱动单元、跨阻放大器和时钟数据恢复单元集成在单个电芯片上，被设置在PCB上构成。硅光芯片调制器和探测器分别实现光信号的调制和探测，电芯片集成TIA、LA、CDR、MZM DRIVER等多个电子元件功能，简化了封装零件尺寸及数量。

Description

一种基于硅光的光收发组件

【技术领域】

本发明涉及硅光技术领域，特别是涉及一种基于硅光的光收发组件。

【背景技术】

随着超高清视频、移动互联、数据中心等产业的爆发式发展，对网络速度、低时延、大容量有了更高要求。自动驾驶，万物互连等这些业务都成为5G发展的重要推动力量。以太网服务器、交换机、无线前传等应用的网络速率升级大势所趋，端口速率从10Gbit/s的升级到25Gbit/s、100Gbit/s或更高速率成为行业发展趋势与必然。

光收发模块根据激光器的调制方式分为直接调制和间接调制两种。多数光模块是直接调制方案，即通过调制电流实现光强度的调制变化。直接调制方案采用同轴器件封装平台，将DFB激光器芯片和PIN PD探测器芯片，采用TO-CAN形式封装成光发射次模块(Transmitter Optical Subassembly，简写为：TOSA)和光接收次组件(Receiver OpticalSubassembly，简写为：ROSA)器件，再加上数据延时恢复单元(Clock and Data Recovery，简写为：CDR)电路和控制器电路组装成光收发模块，部分特殊应用场景会增加温度控制单元。

当前5G网络在很多应用场景为工业级温度需求，对光收发模块性能有更高要求。对激光器的消光比、啁啾和谱宽等性能在更宽温度范围内要有良好的规格指标。电吸收调制激光器(Electro Absorption Modulated Laser，简写为：EML)性能优秀但成本、功耗很高，直接调制器激光器(Directly Modulated Laser，简写为：DML)具有成本功耗优势，高温性能较差。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是现有技术中光收发组件占用体积较大，激光器受特性温度胶敏感。高温应用场景下对激光器的消光比、啁啾和谱宽等性能在更宽温度范围内要有良好的规格指标，通过方案中的硅光芯片加持续发光光源组合可解决高温条件下直调激光器性能劣化的问题。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于硅光的光收发组件，光收发组件中包括硅光芯片元件1和电芯片元件2，具体的：

所述硅光芯片元件1包括硅光芯片台阶101、硅光调制器102、第一探测器103和激光器驱动单元104；其中，所述硅光调制器102、第一探测器103和激光器驱动单元104通过半导体加工方式在所述硅光芯片上制作而成；

所述电芯片元件2包括微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204；其中，所述微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204；

其中，所述第一探测器103用于与光纤之间实现光路耦合，并且，所述第一探测器103的输出管脚与所述跨阻放大器203的输入管脚相连，所述跨阻放大器203的输出管脚连接所述微处理器201；

其中，所述调制器驱动单元202的输入端与微处理器201相连，所述调制器驱动单元202的输出端连接所述硅光调制器102，用于控制导入所述硅光调制器102的激光，得到输出用的激光信号；

其中，时钟数据恢复单元204的输入端连接跨阻放大器203的第一输出端口，并且，所述跨阻放大器203的第二输出端口和时钟数据恢复单元204的输出端口分别连接所述微处理器201，以便微处理器201根据恢复出的时钟信号，以及跨阻放大器203输出的接收信号，解析出信号内容。

优选的，所述硅光调制器102具体为马赫曾德尔调制器MZM。

优选的，所述光收发组件还包括激光器芯片3，其中，所述激光器芯片3用于设置在所述硅光芯片台阶101上，且位于所述激光器驱动单元104和所述硅光调制器102之间。

优选的，硅光芯片元件1中还包括第二探测器105和第三探测器106，具体的：

所述第二探测器105位于硅光调制器102入光端，用于监控激光器进入硅光芯片后的入射光功率；第三探测器106位于硅光调制器102的出光端，用于监控硅光调制出光功率；

其中，所述第二探测器105和第三探测器106的电信号输出端与所述微处理器201或者激光器驱动单元104相连。

优选的，所述光收发组件，还包括电路板7、基板6、激光器芯片3、透镜4和光纤耦合端口5，具体的：

所述激光器芯片3、透镜4、硅光芯片元件1和所述光纤耦合端口5按照光路耦合方向依次设置在所述基板6上；基板6和所述电芯片元件2设置在所述电路板7上，所述电路板7上设置有金手指。

优选的，所述光收发组件中的所述硅光芯片台阶101采用凸型结构设计，其中，用于设置激光器芯片3的一侧刻蚀一定深度，用于匹配硅光芯片台阶101上的凹槽108；其中，凹槽108的刻蚀深度为激光器芯片3输出端到激光器芯片下表面的距离。

优选的，所述凹槽108的深度为20微米，激光器芯片厚度100微米，长宽为400x250微米。

第二方面，本发明还提供了一种基于硅光的光收发组件，光收发组件中包括硅光芯片元件1和电芯片元件2，具体的：

所述硅光芯片元件1包括硅光芯片台阶101、硅光调制器102、第一探测器103、激光器驱动单元104和处理单元111；其中，所述硅光调制器102、第一探测器103和激光器驱动单元104通过半导体加工方式在所述硅光芯片台阶101上制作而成；

所述电芯片元件2包括微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204；其中，所述微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204，；

其中，所述第一探测器103用于与光纤之间实现光路耦合，并且，所述第一探测器103的输出管脚与所述跨阻放大器203的输入管脚相连，所述跨阻放大器203的输出管脚连接所述处理单元111；

其中，所述调制器驱动单元202的输入端与微处理器201相连，所述调制器驱动单元202的输出端连接所述硅光调制器102，用于控制导入所述硅光调制器102的激光，得到输出用的激光信号；

其中，时钟数据恢复单元204的输入端连接跨阻放大器203的第一输出端口，并且，所述跨阻放大器203的第二输出端口和时钟数据恢复单元204的输出端口分别连接所述处理单元111，以便微处理器201根据恢复出的时钟信号，以及跨阻放大器203输出的接收信号，解析出信号内容。

优选的，所述硅光调制器102具体为马赫曾德尔调制器MZM。

优选的，所述光收发组件还包括激光器芯片3，其中，所述激光器芯片3用于设置在所述硅光芯片台阶101上，且位于所述激光器驱动单元104和所述硅光调制器102之间。

本发明的光收发模块采用硅光调制器作为发射端调制，适用于高速率需求，光电性能好；本发明中采用光电芯片组合的方案实现光收发模块的功能，硅光芯片调制器和第一探测器分别实现光信号的调制和探测，电芯片集成微处理器、调制器驱动单元、跨阻放大器和时钟数据恢复单元等多个电子元件功能，简化了封装零件尺寸及数量。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于硅光的光收发组件的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种基于硅光的光收发组件的信令传输示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于硅光的光收发组件的结构俯视图；

图4是是本发明实施例提供的一种基于硅光的光收发组件中耦合激光器后的效果示意图；

图5是本发明实施例提供的一种基于硅光的光收发组件的结构主视图；

图6是本发明实施例提供的一种改进型基于硅光的光收发组件的结构俯视图；

图7是本发明实施例提供的一种基于硅光的光收发组件的带处理单元的结构俯视图；

图8是本发明实施例提供的一种改进的基于硅光的光收发组件的带处理单元的结构俯视图；

图9是本发明实施例提供的一种探测器布局结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种于硅光的光收发组件的主视图；

图11是本发明实施例提供的一种于硅光的光收发组件的俯视图；

图12是本发明实施例提供的一种基板上设置贴片标记的效果示意图；

图13是本发明实施例提供的一种电路板中包含贴片焊盘结构示意图；

1：硅光芯片元件；2：电芯片元件；3：激光器芯片；4：透镜；5：光纤阵列；6：基板；7：电路板；5-1：光纤连接器；6-1：激光器芯片贴片标记；6-2：硅光芯片贴片标记；7-1：贴片焊盘。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种基于硅光的光收发组件，如图1所示，光收发组件中包括硅光芯片元件1和电芯片元件2，具体的：

所述硅光芯片元件1包括硅光芯片台阶101、硅光调制器102、第一探测器103和激光器驱动单元104；其中，所述硅光调制器102、第一探测器103和激光器驱动单元104通过半导体加工方式在所述硅光芯片上制作而成；由于本发明的改进点在于相应的单元、组件在硅光元件1和电芯片元件2上的配组，而在硅光芯片台阶101上制作相应的硅光调制器102、第一探测器103和激光器驱动单元104可以采用成熟的半导体加工工艺，其并非本发明的保护内容，因此，不在此赘述。

所述电芯片元件2包括微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204；其中，所述微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204，被设置在BCB上构成所述电芯片元件2；

其中，所述第一探测器103用于与光纤之间实现光路耦合，并且，所述第一探测器103的输出管脚与所述跨阻放大器203的输入管脚相连，所述跨阻放大器203的输出管脚连接所述微处理器201；激光器驱动单元104为激光器芯片3提供偏置工作电流，第一探测器103用于光接收端光电信号的转换。

其中，所述调制器驱动单元202的输入端与微处理器201相连，所述调制器驱动单元202的输出端连接所述硅光调制器102，用于控制导入所述硅光调制器102的激光，得到输出用的激光信号；

其中，时钟数据恢复单元204的输入端连接跨阻放大器203的第一输出端口，并且，所述跨阻放大器203的第二输出端口和时钟数据恢复单元204的输出端口分别连接所述微处理器201，以便微处理器201根据恢复出的时钟信号，以及跨阻放大器203输出的接收信号，解析出信号内容。

本发明实施例的光收发模块采用硅光调制器作为发射端调制，适用于高速率需求，光电性能好；本发明中采用光电芯片组合的方案实现光收发模块的功能。硅光芯片调制器和第一探测器分别实现光信号的调制和探测，电芯片集成微处理器、调制器驱动单元、跨阻放大器和时钟数据恢复单元等多个电子元件功能，简化了封装零件尺寸及数量。

如图2所示，该组件通过采用IIC(Inter-Integrated Circuit)协议对外通信。组件内部MCU通过IIC协议与硅光芯片元件1和电芯片元件2上的存储单元通信连接(其中，所述存储单元可以是集成在微处理器201中的，也可以是以独立单元实体方式呈现)。组件封装完成后，通过上位机软件，将硅光芯片元件1和电芯片元件2的配置参数分配到电芯片元件2上的存储单元。本组件控制逻辑是通过不同的地址码实现硅光芯片元件1和电芯片元件2的寄存器读写配置。初始配置时，是通过上位机实现MCU转发配置参数到芯片地址位(这个是直接通过金手指实现参数配置，一步到位)，同时也保存在MCU内部。

该控制方法可通过上位机软件界面实时反馈，配置参数对应的组件，界面简单快捷。另外由于硅光芯片元件1和电芯片元件2都是由半导体工艺批量制作，产品性能一致性极好，基本可以同一配置参数实现批量生产控制，简化生产组装过程。

采用硅光调制器102的设计方案中，如何能够实现马赫－曾德尔调制MZM(Mach-Zehnder Modulator，简写为：MZM)的工作状态的控制及检测，使得通过MZM调制激光得到激光信号的性能得到保证，便成为了进一步需要考虑的问题要素。基于上述优选方案，本发明实施例还专门从改善MZM的工作状态检测提出了一种自动控制的实现方案，如图3所示，硅光芯片元件1中还包括第二探测器105和第三探测器106，具体的：

所述第二探测器105位于硅光调制器102入光端，用于监控激光器进入硅光芯片后的入射光功率；第三探测器106位于硅光调制器102的出光端，用于监控硅光调制出光功率。

所述第二探测器105、第三探测器106、激光器驱动单元104和微处理器201共同作用实现硅光调制器102的输出光功率的稳定控制。例如：第二探测器105和第三探测器106将其探测到硅光调制器102的输入端和输出端光强信号反馈给微处理器201，并基由所述微处理器201驱动所述激光器驱动单元104调整激光器芯片3的输出功率，从而能够得到一满足预设条件要求的激光信号输出。

如图3所示，所用激光器芯片3为匹配硅光芯片耦合设计定制设计，主要有两个优势。如图3和图5所示，第一硅光芯片采用相比较外围光器件(例如激光器芯片3)呈现凸型结构设计，两侧刻蚀一定深度，用于匹配硅光芯片上的凹槽108。根据设计要求，刻蚀深度为激光器输出端到激光器芯片表面的距离，本案设计为20微米，激光器芯片厚度100微米，长宽为400x250微米。该结构可实现无源对准，降低了激光器与硅光芯片的耦合难度。第二考虑硅光芯片耦合端面与光纤耦合，需要做模场变换设计，与单模光纤匹配。激光器的输出端设计为单模匹配，可以提高耦合效率和耦合容差。

通过高精度贴片设备，将激光器芯片3粘贴在硅光芯片台阶101上，如图3所示的，将凸型结构的激光器芯片3放入在硅光芯片的凹槽108,激光器芯片3大小与凹槽尺寸设计一致；以凹槽区靠近硅光耦合波导一边为参考标记，将芯片输出端与之对齐，通过激光器芯片背面的金锡焊料固定在硅光芯片台阶101的贴片焊盘107上，贴片焊盘107分别是激光器的正负极，与激光器驱动单元相连；如图4所示，为完成激光器芯片3倒装焊接到硅光芯片台阶101上的贴片焊盘107之后的效果示意图。

将基板6固定在电路板7的开孔区，将电芯片元件2贴装固定在硅光芯片1上，在电芯片的贴装过程中，注意电芯片与定位标记109对齐，该标记用于控制电芯片与光芯片的间距。同时保护贴片焊盘四周的打线焊盘，打线焊盘是用于金线键合，将电芯片与电路板7的电性能连接。

本发明实施例的光收发模块采用硅光MZM调制器作为发射端调制，适用于高速率需求，光电性能好。在具体实现过程中，还存在一种优选的实现方案，相比较图3而言，能够取得更好的高频特性，具体如图6所示，其中，用于焊接固定的激光器新芯片3被设置在激光器驱动单元104和硅光调制器102之间，这样可以保证激光器驱动单元104与激光器新芯片3之间的连接线路尽可能的短，从而满足高频特性。

微处理器201仅读取硅光调制器102输入端的第二探测器105的经过模数转换处理后的光电流值，同时给激光器驱动单元202的设定一个输出值，通过第二探测器105判定激光器芯片3是否工作稳定,当该光电流值稳定时，锁定激光器驱动单元202输出。

微处理器201再读取调制器输出端第三探测器106的经过模数转换处理后的光电流值。此时微处理器201会改变多组调制器驱动单元202的输出，硅光调制器102的工作状态会随调制器驱动单元202输出改变，硅光调制器102的输出光强也会随之变化。微处理器201分别读取第二探测器105的经过模数转换处理后的光电流值曲线分别，选择硅光调制器驱动单元202的最佳参数配置。

第三探测器106的目标设定值为调制器工作输出的光功率值。微处理器201会同时读取第二探测器105和第三探测器106的光电流值，第三探测器106的探测值与目标设定值进行比对，调整激光器驱动单元202输出，当监控值与目标值一致，且第二探测器105工作稳定时，锁定激光器驱动单元202输出，确保达到目标输出光功率。

需要强调的是，如图3所示的，将激光器芯片3的对应贴片焊盘107设置在硅光芯片台阶101上是本发明预选的实现方式，其步进能够免除激光器芯片与硅光调制器102实现耦合时，透镜的介入(即无需透镜便可实现耦合)；而且，可以进一步提高整个方案的集成度。

如图9所示，为结合本发明实施例还存在的一种扩展方案，其中，所述硅光芯片元件1还包括第四探测器111，其中，第四探测器111还与激光器芯片3的激光输出端耦合，并且，所述第四探测器111的电信号输出端与所述激光器驱动单元104相连。借用本发明实施例，还展现了在初始工作时，完成相应寄存器参数配置过程。其中，各寄存器的定义如下：

寄存器：

0x82:CW_APC_set,激光器自动功率控制设置；

0x88:CW_MPD_ctrl，第二探测器105和第三探测器106；

0x8A:CW_laser_IDAC1，激光器工作电流设置高位；

0x8B:CW_laser_IDAC0，激光器工作电流设置低位；

0xBB:MZD_phase_val_1，调制器MZM相位控制设置高位；

0xBC:MZD_phase_val_0，调制器MZM相位控制设置高位。

在本发明的另一可选的方案实例中，所述光收发组件，还可以包括电路板7、基板6、激光器芯片3、透镜4和光纤耦合端口5，如图10所示，具体的：

所述激光器芯片3、透镜4、硅光芯片元件1和所述光纤耦合端口5按照光路耦合方向依次设置在所述基板6上；基板6和所述电芯片元件2设置在所述电路板7上，所述电路板7上设置有金手指。

其中，基板6是光收发组件的光路实现的载体。用于固定硅光芯片、激光器芯片3、透镜4和光纤耦合端口5(可以是光纤阵列)等多个元件。如图12所示，在基板6上分别有激光器芯片贴片标记6-1和硅光芯片贴片标记6-2。

其中，电路板7是整个光收发组件的承载体，在电路板7上开有特定尺寸通孔，用于固定基板6，在电路板7上有贴片焊盘7-1(如图13所示)，用于贴装固定电芯片元件2。

实施例2：

本发明实施例2还提供了一种基于硅光的光收发组件，相比较实施例1而言，本发明实施例中在硅光芯片元件1中进一步引进了处理单元110，如图7所示，光收发组件中包括硅光芯片元件1和电芯片元件2，具体的：一种基于硅光的光收发组件，其特征在于，光收发组件中包括硅光芯片元件1和电芯片元件2，具体的：

所述硅光芯片元件1包括硅光芯片台阶101、硅光调制器102、第一探测器103、激光器驱动单元104和处理单元110；其中，所述硅光调制器102、第一探测器103和激光器驱动单元104通过半导体加工方式在所述硅光芯片台阶101上制作而成；

所述电芯片元件2包括微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204；其中，所述微处理器201、调制器驱动单元202、跨阻放大器203和时钟数据恢复单元204，被设置在PCB上构成所述电芯片元件2；

其中，所述第一探测器103用于与光纤之间实现光路耦合，并且，所述第一探测器103的输出管脚与所述跨阻放大器203的输入管脚相连，所述跨阻放大器203的输出管脚连接所述处理单元110；

其中，所述调制器驱动单元202的输入端与微处理器201相连，所述调制器驱动单元202的输出端连接所述硅光调制器102，用于控制导入所述硅光调制器102的激光，得到输出用的激光信号；

其中，时钟数据恢复单元204的输入端连接跨阻放大器203的第一输出端口，并且，所述跨阻放大器203的第二输出端口和时钟数据恢复单元204的输出端口分别连接所述处理单元110，以便微处理器201根据恢复出的时钟信号，以及跨阻放大器203输出的接收信号，解析出信号内容。

本发明实施例不仅能够取得实施例1相应的有益效果，进一步的，在本发明实施例中对于发送激光信号和接收解析激光信号分别划分给了微处理器201和处理单元110，使得在高频调制信号场景中，具有更高的相应效率。并且，还可以发挥处理单元靠近第一探测器103，微处理器201靠近激光器驱动单元104的布局方式，兼顾到双方的信号处理互不干扰要求。

在具体实现过程中，还存在一种优选的实现方案，相比较图7而言，能够取得更好的高频特性，具体如图8所示，其中，用于焊接固定的激光器芯片3被设置在激光器驱动单元104和硅光调制器102之间，这样可以保证激光器驱动单元104与激光器新芯片3之间的连接线路尽可能的短，从而满足高频特性。

其他对应于实施例1所描述的扩展内用在本发明实施例中相应也可以实现，在此不再一一赘述。

实施例3：

本发明实施例是以实施例1所介绍的收发组件为基础(类似的也可以转化实现实施例2，在本发明实施例中不具体展开)，并结合一具体场景来展示其实现过程。在本发明实施例中利用COB的封装形式，实现基于硅光技术的光收发组件的封装。图11是本发明实施例封装结构俯视图，图10是本发明硅光芯片耦合封装示意图，具体步骤如下：

在步骤301中，将基板6固定在电路板7的开孔区，将电芯片元件2贴装固定在电路板7的贴片焊盘上，在电芯片的贴装过程中，注意保护贴片焊盘四周的打线焊盘，打线焊盘是用于金线键合，将电芯片与电路板7的电性能连接；

在步骤302中，通过图像系统，将激光器芯片3粘贴在基板6上，如图12所示的，参考激光器芯片贴片标记6-1，激光器芯片3大小与标记区域尺寸基本一致；同理，参考硅光芯片贴片标记6-2，将硅光芯片元件1贴装固定在基板6上；

在步骤303中，通过金线键合设备，将硅光芯片元件1、电芯片元件2、激光器芯片3和电路板7之间的焊盘一一打线连接。

在步骤304中，光纤耦合端口5与硅光芯片元件1耦合对准并固定。耦合过程是利用硅光芯片元件1上的波导回路实现。光纤耦合端口5的2路光纤分别作为监控输入通道，连接外置光源，监控输出通道连接光功率计。当光路损耗最小时，表示光路耦合最佳，将光纤耦合端口5点胶固定。

在步骤305中，透镜4是放置在激光器芯片3与硅光芯片元件1的中间。调节透镜4的相对位置。再通过有源监控调试的方法实现激光器芯片3到透镜4到调制器的耦合对准。具体操作如下：通过外置仪表连接到电路板7，给激光器芯片3加上工作电流，激光器芯片3正常工作，将光纤耦合端口5的光发射端口光纤连接器5-1连接到光功率计。调节透镜4位置，使光路耦合效率最大，即光路损耗最小，利用胶水固定透镜4，完成激光器芯片3与硅光芯片的耦合对准封装。

在步骤306中，在硅光芯片上加入光路匹配胶水和保护胶水，完成了光收发组件的制作。

组件工作时，通过电路板7的管脚与外界电路连接，实现各个芯片供电工作。电路板7上微处理器201分别与硅光芯片和电芯片连接通信，实现多种功能控制。

本发明实施例中光发射端是通过硅光芯片的激光器驱动单元104连接激光器芯片3，使其持续发光，进入硅光调制器102，在电芯片的调制器驱动单元202的控制下，实现光信号的调制输出。光接收端是通过硅光芯片的探测器接收到光信号，并转换为电信号输出到电芯片，电芯片上的跨阻放大器203和限幅放大器对电信号进行处理输出。光收发组件是通过电芯片上的时钟数据恢复单元204，实现正确的数据采样。

该组件通过采用IIC(Inter-Integrated Circuit)协议对外通信，电路板7的IIC接口与MCU相连。组件内部MCU通过IIC协议与硅光芯片元件1和电芯片元件2上的存储单元通信连接。组件封装完成后，通过上位机软件，将硅光芯片元件1和电芯片元件2的配置参数分配到电芯片元件2上的存储单元。本组件控制逻辑是通过不同的地址码实现硅光芯片元件1和电芯片元件2的寄存器读写配置。初始配置时，是通过上位机实现MCU转发配置参数到芯片低值，同时也保存在MCU内部。

该控制方法可通过上位机软件界面实时反馈，配置参数对应的组件，界面简单快捷。另外由于硅光芯片元件1和电芯片元件2都是由半导体工艺批量制作，产品性能一致性极好，基本可以同一配置参数实现批量生产控制，简化生产组装过程。

通过将光收发模块中的光、电单元进行集成，定制开发形成光+电的组合芯片形式，简化了封装元件数量和封装尺寸。其中光路方面是集成了调制器，探测器，激光器驱动单元104的硅光芯片，电方面是集成了调制器驱动单元，电芯片集成跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，简写为：TIA)、限幅放大器(Limiting Amplifier，简写为：LA)、时钟数据恢复和数字处理单元等功能的电芯片。该设计提供了一种芯片光电芯片封装思路，可用于高速光收发模块的封装。

本方案中MZ调制器属于间接调制，模块消光比和margin(5dB，45％)性能比直接调制方案(4dB，35％)更为优秀。

本方案中激光器芯片3为大功率激光器，用于属于间接调制，激光器芯片3为持续发光的工作状态，高温应用场景下DML方案功率带宽和功率对性能影响较大。本方案中硅光芯片调制器3dB带宽为32GHz以上，具有良好的温度特性，壳温89.3℃时，光/电芯片温度分别为97.1℃和105℃，可适用工业级温度应用需求及特殊高温应用场景，该方案选用高功率的激光器芯片3，可以改善激光器芯片3的高温下功率饱和问题，光收发性能受温度影响很小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于硅光的光收发组件，其特征在于，光收发组件中包括硅光芯片元件(1)和电芯片元件(2)，具体的：

所述硅光芯片元件(1)包括硅光芯片台阶(101)、硅光调制器(102)、第一探测器(103)和激光器驱动单元(104)；其中，所述硅光调制器(102)、第一探测器(103)和激光器驱动单元(104)通过半导体加工方式制作而成；

所述电芯片元件(2)包括微处理器(201)、调制器驱动单元(202)、跨阻放大器(203)和时钟数据恢复单元(204)；其中，所述微处理器(201)、调制器驱动单元(202)、跨阻放大器(203)和时钟数据恢复单元(204)；

其中，所述第一探测器(103)用于与光纤之间实现光路耦合，并且，所述第一探测器(103)的输出管脚与所述跨阻放大器(203)的输入管脚相连，所述跨阻放大器(203)的输出管脚连接所述微处理器(201)；

其中，所述调制器驱动单元(202)的输入端与微处理器(201)相连，所述调制器驱动单元(202)的输出端连接所述硅光调制器(102)，用于控制导入所述硅光调制器(102)的激光，得到输出用的激光信号；

其中，时钟数据恢复单元(204)的输入端连接跨阻放大器(203)的第一输出端口，并且，所述跨阻放大器(203)的第二输出端口和时钟数据恢复单元(204)的输出端口分别连接所述微处理器(201)，以便微处理器(201)根据恢复出的时钟信号，以及跨阻放大器(203)输出的接收信号，解析出信号内容。

2.根据权利要求1所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，所述硅光调制器(102)具体为马赫曾德尔调制器MZM。

3.根据权利要求2所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，所述光收发组件还包括激光器芯片(3)，其中，所述激光器芯片(3)用于设置在所述硅光芯片台阶(101)上，且位于所述激光器驱动单元(104)和所述硅光调制器(102)之间。

4.根据权利要求2所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，硅光芯片元件(1)中还包括第二探测器(105)和第三探测器(106)，具体的：

所述第二探测器(105)位于硅光调制器(102)入光端，用于监控激光器进入硅光芯片后的入射光功率；第三探测器(106)位于硅光调制器(102)的出光端，用于监控硅光调制出光功率；

其中，所述第二探测器(105)和第三探测器(106)的电信号输出端与所述微处理器(201)或者激光器驱动单元(104)相连。

5.根据权利要求1所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，所述光收发组件，还包括电路板(7)、基板(6)、激光器芯片(3)、透镜(4)和光纤耦合端口(5)，具体的：

所述激光器芯片(3)、透镜(4)、硅光芯片元件(1)和所述光纤耦合端口(5)按照光路耦合方向依次设置在所述基板(6)上；基板(6)和所述电芯片元件(2)设置在所述电路板(7)上，所述电路板(7)上设置有金手指。

6.根据权利要求1所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，所述光收发组件中的所述硅光芯片台阶(101)采用凸型结构设计，其中，用于设置激光器芯片(3)的一侧刻蚀一定深度，用于匹配硅光芯片台阶(101)上的凹槽(108)；其中，凹槽(108)的刻蚀深度为激光器芯片(3)输出端到激光器芯片下表面的距离。

7.根据权利要求6所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，所述凹槽(108)的深度为20微米，激光器芯片厚度100微米，长宽为400x250微米。

8.一种基于硅光的光收发组件，其特征在于，光收发组件中包括硅光芯片元件(1)和电芯片元件(2)，具体的：

所述硅光芯片元件(1)包括硅光芯片台阶(101)、硅光调制器(102)、第一探测器(103)、激光器驱动单元(104)和处理单元(110)；其中，所述硅光调制器(102)、第一探测器(103)和激光器驱动单元(104)通过半导体加工方式在所述硅光芯片上制作而成；

所述电芯片元件(2)包括微处理器(201)、调制器驱动单元(202)、跨阻放大器(203)和时钟数据恢复单元(204)；其中，所述微处理器(201)、调制器驱动单元(202)、跨阻放大器(203)和时钟数据恢复单元(204)，被设置在PCB上构成所述电芯片元件(2)；

其中，所述第一探测器(103)用于与光纤之间实现光路耦合，并且，所述第一探测器(103)的输出管脚与所述跨阻放大器(203)的输入管脚相连，所述跨阻放大器(203)的输出管脚连接所述处理单元(110)；

其中，所述调制器驱动单元(202)的输入端与微处理器(201)相连，所述调制器驱动单元(202)的输出端连接所述硅光调制器(102)，用于控制导入所述硅光调制器(102)的激光，得到输出用的激光信号；

其中，时钟数据恢复单元(204)的输入端连接跨阻放大器(203)的第一输出端口，并且，所述跨阻放大器(203)的第二输出端口和时钟数据恢复单元(204)的输出端口分别连接所述处理单元(110)，以便微处理器(201)根据恢复出的时钟信号，以及跨阻放大器(203)输出的接收信号，解析出信号内容。

9.根据权利要求8所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，所述硅光调制器(102)具体为马赫曾德尔调制器MZM。

10.根据权利要求9所述的基于硅光的光收发组件，其特征在于，所述光收发组件还包括激光器芯片(3)，其中，所述激光器芯片(3)用于设置在所述硅光芯片台阶(101)上，且位于所述激光器驱动单元(104)和所述硅光调制器(102)之间。

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