CN111193547A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块，在光模块的内部设置由光接收芯片、跨阻放大器以及限幅放大器等器件组成的光接收通路，同时，设置限幅放大器的高频信号输入引脚与跨阻放大器的输出引脚电连接、控制信号输入引脚与微处理的输出引脚电连接。微处理器根据光模块的温度输出相应电压值的第二电压信号至限幅放大器，以使限幅放大器可以根据第二电压信号和跨阻放大器输出的电压信号的比较结果输出指示信号。本申请实施例中的微处理器可以根据光模块内部的温度变化，输出与当前光接收通路输出特性相匹配的第二电压信号，保证第二电压信号的电压值在全温下保持较精准的范围内，进而有助于提高光模块的灵敏度。

Description

一种光模块

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。

背景技术

目前，随着传输距离的增加、以及工程应用带来额外损耗等因素，对光网络系统中，OLT(optical line terminal，光线路终端)的光模块发射光功率以及灵敏度指标也提出更高的要求。

为满足高灵敏度指标要求，OLT的光模块通常采用突发模式跨阻放大器(TIA)技术。在常用的突发模式跨阻放大器(TIA)技术中，OLT的光模块内设置有突发接收电路(又称突发接收机)，由突发接收电路最终输出信号，突发接收电路最终输出的信号为其内的限幅放大芯片输出的，其中，突发接收电路中判决电路向限幅放大芯片输出电压值固定的电压信号，该电压信号用于决定限幅放大芯片的输出。

但是，现有突发接收电路的温度会在光模块工作过程中发生变化，而温度的变化会影响其所输出信号的电压值的大小，所以，上述电压值固定的电压信号会存在突发接收电路的所输出信号不匹配的问题，进而影响光模块的灵敏度。

发明内容

针对上述问题，本申请实施例提供了一种光模块。

本申请实施例提供的光模块主要包括：

电路板；

光接收芯片，与所述电路板电连接，用于将接收的光信号转换为电信号；

跨阻放大器，输入引脚与所述光接收芯片的输出引脚电连接，用于将所述光接收芯片输出的电信号转换为第一电压信号；

限幅放大器，设有高频信号输入引脚和控制信号输入引脚，所述高频信号输入引脚与所述跨阻放大器的输出引脚电连接，所述控制信号输入引脚与微处理器的输出引脚电连接；

微处理器，用于根据所述光模块的温度，向所述控制信号输入引脚发送第二电压信号；

所述限幅放大器，还用于基于所述第一电压信号和所述第二电压信号的比较结果，输出指示信号。

由上述实施例可见，本申请实施例提供的光模块，其内部设置由光接收芯片、跨阻放大器以及限幅放大器等器件组成的光接收通路，同时，设置限幅放大器的高频信号输入引脚与跨阻放大器的输出引脚电连接、控制信号输入引脚与微处理的输出引脚电连接。微处理器根据光模块的温度输出相应电压值的第二电压信号至限幅放大器，以使限幅放大器可以根据第二电压信号和跨阻放大器输出的电压信号的比较结果输出指示信号。本申请实施例中的微处理器可以根据光模块内部的温度变化，输出与当前光接收通路输出特性相匹配的第二电压信号，保证第二电压信号的电压值在全温下保持较精准的范围内，进而有助于提高光模块的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络终端结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种光模块的局部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种光模块中光接收电路的局部结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种电压与温度映射关系表的生成方法的基本流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。基于本发明中的实施例，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、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导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使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要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、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部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、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

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终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103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101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部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终端之间建立信息连接；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终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端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，光网络终端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、光网络终端及网线，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；光网络终端是光模块的上位机，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为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端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内部设置有电连接器，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部。

光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，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，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本发明实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块分解结构示意图。如图3、图4所示，本发明实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁部件203、电路板300、光发射组件400以及光接收组件500；

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(204、205)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口204，电路板的金手指从电口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光口205，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射组件400以及光接收组件500；电路板300、光发射组件400以及光接收组件500等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板300、光发射组件400以及光接收组件500等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体部件，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽部件无法安装，也不利于生产自动化。

解锁部件203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，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。

电路板300位于由上、壳体形成包裹腔体中，电路板300上设置有芯片、电容、电阻等电器件。根据产品的需求选择需要设置的芯片，常见的芯片包括微处理器MCU、时钟数据恢复芯片CDR、激光驱动芯片、跨阻放大TIA芯片、限幅放大LA芯片、电源管理芯片等。

跨阻放大芯片与光接收芯片紧密关联，近距离短走线设计可以保证良好的接收信号质量，光模块的一种封装形态中，将跨阻放大芯片与光接收芯片一起封装在独立封装体中，如封装在同一同轴管壳TO中或同一方形腔体中；独立封装体独立于电路板300，光接收芯片及跨阻放大芯片通过独立封装体与电路板300形成电连接；光模块的另一种封装形态中，可以不采用独立封装体，而是将光接收芯片与跨阻放大芯片设置在电路板300表面。当然，也可以将光接收芯片独立封装，而将跨阻放大芯片设置在电路板300上，接收信号质量也能满足某些相对较低的要求。

电路板300上的芯片可以是多合一芯片，比如将激光驱动芯片与MCU芯片融合为一个芯片，也可以将激光驱动芯片、限幅放大芯片及MCU融合为一个芯片，芯片是电路的集成，但各个电路的功能并没有因为集合而消失，只是电路形态发生整合。所以，当电路板300上设置有MCU、激光驱动芯片及限幅放大芯片三个独立芯片，这与电路上设置一个三功能合一的单个芯片，方案是等同的。

电路板300是光模块主要器件的载体，没有设置在电路板300上的器件最终也与电路板300电连接，电路板300上的连接器实现光模块与其上位机的电连接。例如，图4中的光发射组件400以及光接收组件500。光发射组件400以及光接收组件500可以统称为光学次模块。

本实施例中的光发射组件400采用同轴TO封装，与电路板物理分离，通过柔性板实现电连接；光接收组件500也采用同轴TO封装，与电路板物理分离，通过柔性板实现电连接。在另一种常见的实现方式中，可以设置在电路板300表面。

电路板300端部表面具有金手指301，金手指由相互独立的一根根引脚组成的，电路板300插入笼子中的电连接器中，由金手指与上位机建立电连接。上位机与光模块之间可以采用I2C协议、通过I2C引脚进行信息传递。上位机可以向光模块写入信息，具体地，上位机可以将信息写入光模块的寄存器中；光模块无法向上位机写入信息，当光模块需要将信息提供给上位机时，光模块会将信息写入光模块中的预设寄存器中(如本实施例设置的发送状态寄存器、数据发送失败寄存器等)，由上位机对该寄存器进行读取，光模块的寄存器一般集成在光模块的MCU中，也可以独立设置在光模块的电路板300上。

图5为本发明实施例提供的一种光模块的局部结构示意图。如图5所示，光模块的接收端包括光接收组件500、跨阻放大芯片(又称跨阻放大器，TIA)302、限幅放大芯片(又称限幅放大器，LA)303、时钟数据恢复芯片(CDR)304及微处理器305。芯片的本质是电路的集成，电路可以集成到芯片中，芯片中的部分功能也可以由电路板上的电路实现。实现芯片的功能，可以由芯片实现，也可以由电路实现，也可以由主芯片结合外围电路实现。不同功能也可以由同一芯片集成，电路集成形态的变化仍属于本发明的保护范围。

在光信号接收的过程中，光接收组件(ROSA)500，内部设置有光接收芯片，用于接收外部设备发送的光信号，并将外部设备发送的光信号转换为电信号；跨阻放大芯片302的输入引脚与光接收组件500的输出引脚连接，用于将光接收组件500输出的电信号转换为电压信号；限幅放大芯片303的高频信号输入引脚与跨阻放大芯片302的输出引脚连接，用于将跨阻放大芯片302输出的第一电压信号进行放大；时钟数据恢复芯片304的输入引脚与限幅放大芯片303的高频信号输出引脚连接，用于将限幅放大芯片303输出的电压信号进行整形，时钟数据恢复芯片304的输出引脚与金手指301连接。通过金手指301与上位机连接，进而可以将该光模块接收的信号发送至上位机。

为实现对光模块的接收光功率进行监控、实时监控光模块的运行状态，并快速发现和定位系统故障，在限幅放大芯片303上还设有控制信号输入引脚，该控制信号输入引脚与微处理器305的输出引脚电连接，微处理器305用于根据光模块的温度，向控制信号输入引脚发送第二电压信号；限幅放大芯片303还用于基于上述第一电压信号和第二电压信号的大小比较结果，输出指示信号，其中，该指示信号用于指示限幅放大芯片303是否输出有效的电压信号。本申请实施例中的微处理器305可以根据光模块内部的温度变化，输出与当前光接收通路输出特性相匹配的第二电压信号，保证第二电压信号的电压值在全温下保持较精准的范围内，进而有助于提高光模块的灵敏度。

图6为本发明实施例提供的一种光模块中光接收电路的局部结构示意图。如图6所示，为使限幅放大芯片303可以对其接收的第一电压信号进行放大以及可以输出上述指示信号，本实施例在限幅放大芯片303的内部设有用于信号放大的放大器和用于输出上述指示信号的光功率告警检测电路。

其中，本实施例中的限幅放大芯片303内的放大器由第一放大器3031和第二放大器3032组成，其中，第一放大器3031的输入端与跨阻放大芯片302的输出端、即限幅放大芯片303的高频信号输入引脚连接、输出端与第二放大器3032的输入端连接，第二放大器3032的输出端与时钟数据恢复芯片304的输入引脚连接。当然，第二放大器3032的输出端还可以直接与金手指301电连接，即限幅放大芯片303输出的信号直接经金手指301传输至上位机；另外，上述放大器的个数也不限于两个，还可以根据需求设置为其它任意数目。

进一步的，光功率告警检测电路通过电平检测器3033实现，其中，电平检测器3033的第一输入端设置在第一放大器3031和第二放大器3032之间，当然，也可以设置在第一放大器3031之前、即与第一放大器3031的输入端连接，或者，设置在第二放大器3032之后、即与第二放大器3032的输出端连接；电平检测器3033的第二输入端与微处理器305输出引脚、即与限幅放大芯片303的控制信号输入引脚连接。微处理器305内部可以设置温度传感器，微处理器305将该温度传感器检测到的温度作为光模块的温度，并根据该光模块温度值，输出相应电压值的第二电压信号至电平检测器3033，其中，微处理器305可以根据其内部预设的电压与温度映射关系表，确定光模块的温度对应的电压值，然后，微处理器305输出该电压值的第二电压信号。进而，电平检测器3033可以根据上述第二电压信号和第一放大器3031所输出信号的比较结果，输出指示信号。需要说明的是，温度传感器不限于设置在微处理器305内部，还可以将温度传感器设置在其它位置，例如，设置在限幅放大芯片303内部、电路板300上等位置。

其中，对于指示信号的配置，可以设置其为：如果第一放大器3031所输出信号大于第二电压信号，则电平检测器3033输出为高电平的指示信号，以指示限幅放大芯片303输出有效的电信号；如果第一放大器3031所输出信号小于第二电压信号，则电平检测器3033输出为低电平的指示信号，以指示限幅放大芯片303输出无效的电信号。

对于上述指示限幅放大芯片303输出电信号的情况，限幅放大芯片303可以根据上述指示信号输出信号检测(Signal Detect，SD)信号，或者，信号丢失(LOS)信号。其中，对于SD信号，高电平表示有光、即限幅放大芯片303输出有效的电信号,低电平表示无光、即限幅放大芯片303输出无效的电信号；LOS信号相反，高电平表示无光，低电平表示有光。

具体实现过程中，电平检测器3033的输出端还可以设置一个选择电路，选择电路包括“0”和“1”两个端口，“1”表示对指示信号进行反相，而“0”表示不对指示信号进行反相，如果限幅放大芯片303输出SD信号，则指示信号从选择电路的“1”输入端输入，如果限幅放大芯片303输出LOS信号，则指示信号从选择电路的“0”输入端输入。

本实施例基于光模块工作过程中，由于光模块的温度变化、如低温、高温等，影响器件的特性，导致同一光功率的光传输给光接收电路，在限幅放大芯片303中的放大器所输出电压信号的幅值并不相同，因此，本申请实施例设置微处理器305，可以根据光模块的温度，输出相应电压值的第二电压信号至电平检测器3033，即可以输出一个变化的电压信号至电平检测器3033，与现有的通过固定电压形式配置第二电压信号相比，可以有效避免第二电压信号相对过低，导致将无光区域的接收光功率误报为有光区域的接收光功率，或者第二电压信号相对过高，导致无光不告警，即有效防止光模块出现告警不稳定，所导致的上位机对光模块的运行状态出现误判的问题。并且，通过微处理器305输出不同的第二电压信号，集成度高，无需额外增加控制电路。

进一步的，光接收电路中各器件自身性能的一致性问题以及不同型号的器件输出特性也不同，导致在同一工作温度下，同一光功率的光传输给光接收电路，在限幅放大芯片303中的放大器所输出信号的幅值也不相同，进而，如果所有的光模块都采用一个电压与温度映射关系表，导致第二电压信号不合适，并不能容所有的产品。本实施例提供了一种新的电压与温度映射关系表的生成方法。图7为本发明实施例提供的一种电压与温度映射关系表的生成方法的基本流程示意图。如图7所示，该方法具体包括如下步骤：

S701：将预设光功率值的光发送给光模块中的光接收芯片。

其中，上述预设光功率值可以根据通信协议中定义的临界光功率值设定，例如设置为45db。

S702：在不同的预设温度下，分别调整所述微处理器所输出第二电压信号的电压值，并将所述电平检测器输出预设电平值的指示信号时，作为不同的所述预设温度对应的第二电压信号的电压值。

例如，首先，将光模块中的温度设为第一温度值、如20℃，调整微处理器所输出第二电压信号的电压值，使电平检测器输出预设电平值的指示信号时，如当电平检测器可以输出为高电平的指示信号时，作为该第一预设温度对应的第二电压信号的电压值；然后，再将光模块的温度设置为第二温度值，重复上述步骤，进而得到第二预设温度对应的第二电压信号的电压值；最后，遍历完所有的预设温度值后，便可以得到各预设温度值所对应的第二电压信号的电压值，进而可以形成电压与温度映射关系表，当然，还可以将各预设温度值所对应的第二电压信号的电压值拟合为温度与电压值曲线，存储至电压与温度映射关系表。

进一步的，为验证上述得到电压与温度映射关系表中的数据的正确性，在步骤S702之后，还包括如下步骤：

S703：将不同的所述预设温度对应的第二电压信号的电压值写入所述光模块内部。

即将上述电压与温度映射关系表中的数据写到光模块中的预设数据存储位置。

S704：对所述光模块重新上电，将所述预设光功率值的光发送给所述光接收芯片。

对所述光模块重新上电后，再将上述预设光功率值的光发送给光模块中的光接收芯片。

S705：在不同的所述预设温度下，检测所述电平检测器是否输出预设电平值的指示信号。

如果电平检测器还是可以输出预设电平值的指示信号，则说明电压与温度映射关系表中的数据是正确的，即执行步骤S706；否则，则对于不输出预设电平值的指示信号的温度值，则重新按照步骤S702中的方式，对该温度下的第二电压信号的电压值进行调整。

S706：如果输出指示信号，则完成所述电压与温度映射关系表的配置。

通过上述方式，可以有效减小因器件性能一致性问题，所带来的生产直通率问题，并且该本实施例提供的光模块，电路设置简单，通过微处理器进行控制，集成度高。

需要说明的是，本实施例提供的光模块，不仅适用于上述光发射组件和光接收组件分开封装的形式，还适用于将光发射组件和光接收组件封装在一起形成光收发次模块、将光收发芯片贴装在电路板上等封装形式，而对于任意一种封装形式，用于发送光信号的相关器件在本实施例中均称为光发射组件、用于接收光信号的相关器件在本实施例中均称为光接收组件。并且，上述光模块可以为GPON系统中OLT内的光模块，但不以此为限。

最后应说明的是：本实施例采用递进方式描述，不同部分可以相互参照；另外，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光接收芯片，与所述电路板电连接，用于将接收的光信号转换为电信号；

跨阻放大器，输入引脚与所述光接收芯片的输出引脚电连接，用于将所述光接收芯片输出的电信号转换为第一电压信号；

限幅放大器，设有高频信号输入引脚和控制信号输入引脚，所述高频信号输入引脚与所述跨阻放大器的输出引脚电连接，所述控制信号输入引脚与微处理器的输出引脚电连接；

所述微处理器，用于根据所述光模块的温度，向所述控制信号输入引脚发送第二电压信号；

所述限幅放大器，还用于基于所述第一电压信号和所述第二电压信号的比较结果，输出指示信号。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述限幅放大器内设有：

放大器，输入端与所述高频信号输入引脚电连接，用于将所述第一电压信号放大；

电平检测器，第一输入端与所述放大器的输出端电连接、第二输入端与所述控制信号输入引脚电连接，用于根据所述放大器输出的电压信号和所述第二电压信号的比较结果，输出所述指示信号。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述微处理器内设有温度传感器，所述微处理器将所述温度传感器检测到的温度作为所述光模块的温度。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述微处理器根据所述光模块的温度，向所述控制信号输入引脚发送第二电压信号，包括：

所述微处理器根据电压与温度映射关系表，确定与所述光模块的温度所对应的电压值；

所述微处理器向所述控制信号输入引脚发送所述电压值的第二电压信号。

5.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，所述电压与温度映射关系表的生成方法，包括：

将预设光功率值的光发送给所述光接收芯片；

在不同的预设温度下，分别调整所述微处理器所输出第二电压信号的电压值，并将所述限幅放大器输出预设电平值的指示信号时，作为不同的所述预设温度对应的第二电压信号的电压值。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，将所述电平检测器输出预设电平值的指示信号时，作为不同的所述预设温度对应的第二电压信号的电压值之后，还包括：

将不同的所述预设温度对应的第二电压信号的电压值写入所述光模块内部；

对所述光模块重新上电，将所述预设光功率值的光发送给所述光接收芯片；

分别在不同的所述预设温度下，检测所述限幅放大器是否输出预设电平值的所述指示信号；

如果输出所述指示信号，则完成所述电压与温度映射关系表的配置。

7.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述放大器包括第一放大器和第二放大器，其中：

所述第一放大器的输入端与所述高频信号输入引脚电连接，所述第一放大器的输出端分别与所述第二放大器的输入端和所述电平检测器的第一输入端电连接。

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