CN111431611B - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，包括电路板、光发射组件和MCU，电路板上设反向电路，光发射组件包括背光探测器，背光探测器引脚通过反向电路连接MCU。反向电路包括第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路。第一采样电路，一端与背光探测器引脚连接，用于接收负电流。镜像对流管，第一输入端与第一采样电路连接，第二输入端与第二采样电路连接，输出端与负电压源连接。MCU，一端与第二采样电路连接，用于获取采样正电压。通过第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路，将接收到的负电流转换为采样正电压，并将采样正电压输送至MCU，实现背光探测器引脚输出负电流的采样、监控，解决了MCU无法直接进行EML光功率的采样、监控的问题。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

随着5G网络的快速发展，处于光通信核心位置的光模块得到了长足的发展。随着传输速率的提高、传输距离的加长，光模块内使用EML(Electlro-absorption ModulatedLaser，电吸收调制激光器)。用于监控EML发出光功率的MPD(Monitor Photo Detector，背光探测器)，MPD的阴极与GND(Ground，地线)连接，MPD的阳极则作为对外输出管脚。

在MPD需要工作于反向偏置的条件下，MPD的阳极输出的负电流只能流向负电压，不能输出正电压。由于MCU只能对正电压进行采样，则MCU无法直接进行EML光功率的采样、监控。

发明内容

本申请提供了一种光模块，实现了MCU对EML光功率的采样、监控。

一种光模块，包括：

电路板；

光发射组件，与电路板电连接，用于产生光信号；

光发射组件包括：

背光探测器，用于将接收到的光信号转化为负电流；

电路板上包括：

反向电路，用于将接收到的负电流转换为正电压；

反向电路包括第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路；

第一采样电路，一端与背光探测器的正极引脚电连接，用于接收负电流；

镜像对流管，第一输入端与第一采样电路电连接，第二输入端与所述第二采样电路电连接，输出端与负电压源电连接；

第二采样电路，一端与正电压源电连接；

MCU，一端与第二采样电路电连接，用于获取采样正电压。

有益效果：本申请提供了一种光模块，包括电路板、光发射组件和MCU，电路板上设置反向电路，光发射组件包括背光探测器，背光探测器引脚通过反向电路连接MCU。反向电路包括第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路。第一采样电路，一端与背光探测器引脚连接，用于接收背光探测器引脚输出的负电流。镜像对流管，第一输入端与第一采样电路电连接，第二输入端与第二采样电路电连接，输出端与负电压源电连接。第二采样电路，一端与正电压源电连接。MCU，一端与第二采样电路电连接，用于获取采样正电压。本申请中，通过反向电路的第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路，将接收到的负电流转换为采样正电压，并将采样正电压输送至MCU，实现背光探测器引脚输出负电流的采样、监控，解决了MCU无法直接进行EML光功率的采样、监控的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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为光网络单元结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种EML的结构框图；

图6为本申请实施例提供的一种反向电路的连接示意图；

图7为本申请实施例提供的一种反向电路的原理结构图；

图8为本申请实施例提供的另一种反向电路的原理结构图。

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申请一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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为本申请实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块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、电路板204、光发射组件205和光接收组件206。

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(208、209)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口208，电路板的金手指从电口208伸出，插入光网络单元等上位机中；另一个开口为光口209，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射组件205和光接收组件206；电路板204、光发射组件205和光接收组件206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204、光发射组件205和光接收组件206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，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。

解锁手柄203具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁手柄的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁手柄，解锁手柄的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构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。

光发射组件205和光接收组件206，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。光发射组件205和光接收组件206也可以结合在一起形成光收发一体结构。

电路板204上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如微处理器MCU2041、激光驱动芯片、限幅放大器、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板204通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板204一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光发射组件205和光接收组件206位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

在本申请实施例中。光发射组件205与电路板204电连接，光发射组件205内包括EML 和MPD。图5为本申请实施例提供的光发射组件的内部原理图。如图5所示，EML内设置有LD(Laser Diode，半导体激光器芯片)、EAM(Electro Absorption Modulator，电吸收调制器)和TEC(Thermoelectric Cooler，热电制冷器)等。MPD采集LD产生电信号，并将采集到的电信号转化为光电流，该光电流可用于反应LD的光功率。

在申请实施例提供的EML中为了提高信号的抗干扰能力，故PD-引脚(背光探测器的负极引脚)不能与LD+引脚连接在一起，考虑减少管脚数量，便只能将PD-引脚与GND(电线接地端)引脚相连接。因此如图5所示，MPD的PD+引脚为独立管脚，PD-引脚会接到GND。在MPD需要工作在反向偏置的前提下，PD+引脚(背光探测器的正极引脚)输出的电流只能流向负电压，而不能输出正电压。而MCU均只能对正电压进行采样，因此若是将PD+引脚直接连接MCU，MCU无法对输入至其的负电压进行采样，进而MCU无法完成对EML中 LD的监控。

在本申请实施例中，为实现MCU通过PD+引脚对EML中LD的监控，本申请实施例提供的光模块中还包括反向电路。图6为反向电路30的连接示意图。如图6所示，反向电路 30的一端连接PD+引脚，反向电路30的另一端连接MCU2401。如，反向电路30的输出端连接MCU2401的ADC引脚。反向电路30用于将MPD通过PD+引脚输出的负电流转化为正电压，然后将正电压输送至MCU2041，实现MCU2041通过PD+引脚对EML中LD的监控。

图7为本申请实施例提供的一种反向电路的原理结构图。如图7所示，本申请实施例提供的反向电路包括第一采样电路301、镜像对流管302和第二采样电路303。具体的，

第一采样电路301，一端与背光探测器的正极引脚电连接，另一端与镜像对流管302电连接，用于接收负电流。具体的，PD+引脚输出的为负电流，第一采样电路301接收负电流。

第一采样电路301包括第一采样电阻R1。第一采样电阻R1接收负电流，并将负电流转化为负电压。具体的，第一采样电阻R1，一端与PD+引脚电连接，另一端分别与第一三极管3021的第一集电极1C及第一基极1B电连接。PD+引脚输出的负电流经过第一采样电阻R1 转化为负电压。

第一采样电阻R1的数量可以是若干个。若干个第一采样电阻R1可以并联也可以串联。具体设计根据实际情况而定，本申请不做限制。

镜像对流管302，一端与第一采样电路301及第二采样电路303电连接，另一端与负电压源电连接。具体的，

镜像对流管302包括第一三极管3021和第二三极管3022，第一三极管3021和第二三极管3022对称设置。具体的，第一三极管3021包括第一集电极1C、第一基极1B和第一发射极1E。第二三极管3022包括第二集电极2C、第二基极2B和第二发射极2E。第一集电极1C 与第一采样电路301电连接，第一基极1B与第一采样电路301及第二三极管3022电连接，第一发射极1E与负电压源电连接。第二集电极2C与第二采样电路303电连接，第二基极2B 与第二采样电路303及第一三极管3021的第一基极1B电连接，第二发射极2E与负电压源电连接。

流过第一采样电路301的电流分别流向第一三极管3021的第一集电极1C、第一三极管 3021的第一基极1B及第二三极管3022的第二基极2B。流入第一基极1B和第二基极2B的电流相等，且都远小于流入第一集电极1C的电流。流入第一基极1B的电流控制第一三极管 3021的第一集电极1C与第一基极1B之间的第一电压差，或者第一三极管3021的第一基极 1B与第一发射极1E之间的第二电压差。流入第二基极2B控制第二三极管3022的第二集电极2C与第二基极2B之间的第三电压差，或者第二三极管3022的第二基极2B与第二发射极2E之间的第四电压差。由于流入第一基极1B和第二基极2B的电流相等，则第一三极管3021的第一电压差与第二三极管3022的第三电压差相等，第一三极管3021的第二电压差与第二三极管3022的第四电压差相等，第一发射极1E与负电压源的电压差等于第二发射极2E与负电压源的电压差。

第一发射极1E与负电压源的电压差等于第二发射极2E与负电压源的电压差，且第一发射极1E或第二发射极2E与负电压源之间均没有电阻或者其他器件，则流经第一三极管3021 的第一发射极1E的电流与流经第二三极管3022的第二发射极2E的电流大小相等。又由于流经第一基极1B和第二基极2B的电流很小，则流经第一发射极1E的电流和流经第一集电极1C的电流近似相等，流经第二发射极2E的电流和流经第二集电极2C的电流近似相等，即流经第二采样电路303的电流大小等于流经第一采样电路301的电流大小，采样正电压的电压值保持不变。

第二采样电路302，一端与正电压源电连接。具体的，由于第一采样电路301获得负电流，且镜像对流管302使流过第一采样电路301和第二采样电路302的电流大小相等，则MCU 获取采样正电压，且可以通过这个采样正电压，得到负电流，即得到PD+引脚的光功率。

第二采样电路302包括第二采样电阻R2。

第二采样电阻R2，一端与正电压源电连接，另一端与第二三极管3022 的第二集电极2C 及第二基极2B电连接。第二采样电阻R2的数量可以是若干个。若干个第二采样电阻R2可以并联也可以串联。具体设计根据实际情况而定，本申请不做限制。

反向电路30还包括电容304。

电容304，一端与背光探测器引脚电连接，另一端接地，用于滤除背光探测器引脚输出的杂质信号。具体的，PD+引脚输出的信号含有一些杂质信号，这些杂质信号经过电容304 被过滤掉，防止杂质信号随着第一采样电路301流向整个反向电路。

图8为本申请实施例提供的另一种反向电路的原理结构图。如图8所示，本申请实施例的反向电路30还包括放大电路305，用于将采样正电压放大。具体的，

放大电路305 包括第三放大电阻R3和第四放大电阻R4，第三放大电阻R3的阻值大于第四放大电阻R4的阻值。第一放大电阻R3，一端连接第一三极管3021的第一发射极1E，另一端连接负电压源。第二放大电阻，一端连接第二三极管3022的第二发射极2E，另一端连接负电压源。

由于第一发射极1E与负电压源的电压差等于第二发射极2E与负电压源的电压差，第三放大电阻R3的阻值大于第四放大电阻R4的阻值，则流经第一发射极1E的电流大小小于流经第二发射极2E的电流大小，即流经第二发射极2E的电流大小等于流经第一发射极1E的电流大小乘以第三放大电路阻值与第四放大电阻阻值之比。由于流经第一集电极1C与第一发射极1E的电流大小近似相等，第二集电极2C与第二发射极2E的电流大小近似相等，则流经第二采样电路303的电流大小等于流经第一采样电路301的电流大小乘以第三放大电路R3阻值与第四放大电路阻值之比，即采样正电压的电压值得到放大。

本申请提供了一种光模块，包括电路板、光发射组件和MCU，电路板上设置反向电路，光发射组件包括背光探测器，背光探测器引脚通过反向电路连接MCU。反向电路包括第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路。第一采样电路，一端与背光探测器引脚连接，用于接收背光探测器引脚输出的负电流。镜像对流管，第一输入端与第一采样电路电连接，第二输入端与第二采样电路电连接，输出端与负电压源电连接。第二采样电路，一端与正电压源电连接。MCU，一端与第二采样电路电连接，用于获取采样正电压。本申请中，通过反向电路的第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路，将接收到的负电流转换为采样正电压，并将采样正电压输送至MCU，实现背光探测器引脚输出负电流的采样、监控，解决了MCU无法直接进行EML光功率的采样、监控的问题。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光发射组件，与所述电路板电连接，用于产生光信号；

光发射组件包括：

背光探测器，用于将接收到的光信号转化为负电流；

所述电路板上包括：

反向电路，用于将接收到的负电流转换为正电压；

所述反向电路包括第一采样电路、镜像对流管和第二采样电路；

所述第一采样电路，一端与所述背光探测器的正极引脚电连接，用于接收负电流；

所述镜像对流管，第一输入端与所述第一采样电路电连接，第二输入端与所述第二采样电路电连接，输出端与负电压源电连接；

所述第二采样电路，一端与正电压源电连接；

MCU，一端与所述第二采样电路电连接，用于获取采样正电压。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述反向电路还包括放大电路，用于将采样正电压放大；

所述放大电路包括第三放大电阻和第四放大电阻，所述第三放大电阻的阻值大于所述第四放大电阻的阻值；

所述第三放大电阻，一端与第一三极管电连接，另一端与负电压源电连接；

所述第四放大电阻，一端与第二三极管电连接，另一端与负电压源电连接。

3.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述反向电路还包括电容；

所述电容，一端与所述背光探测器的正极引脚电连接，另一端接地，用于滤除所述背光探测器的正极引脚输出的杂质信号。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述背光探测器的正极引脚电连接所述反向电路，所述背光探测器的负极引脚接GND。

5.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述镜像对流管包括第一三极 管和第二三极管，所述第一三极管与所述第二三极管对称设置。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述第一三极管包括第一集电极、第一基极和第一发射极；

所述第一集电极，与所述第一采样电路电连接；

所述第一基极，与所述第二三极管电连接，且与所述第一采样电路电连接；

所述第一发射极，与负电压源电连接。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述第二三极管包括第二集电极、第二基极和第二发射极；

所述第二集电极，与所述第二采样电路电连接；

所述第二基极，与所述第一三极管的第一基极电连接，且与所述第二采样电路电连接；

所述第二发射极，与负电压源电连接。

8.根据权利要求7所述的光模块，其特征在于，所述第一采样电路包括第一采样电阻；

所述第一采样电阻，一端与所述背光探测器的正极引脚电连接，另一端分别与第一三极管的第一集电极及第一基极电连接。

9.根据权利要求8所述的光模块，其特征在于，所述第二采样电路包括第二采样电阻；

所述第二采样电阻，一端与正电压源电连接，另一端与第二三极管的第二集电极及第二基极电连接。

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