CN111510220A - 一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块 - Google Patents

一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有USB Type‑C电口的收发一体光模块，包括基于USB协议设置备用引脚定义的USB Type‑C电口1、用于连接至少一根光纤的光纤连接器接口3以及分别与所述USB Type‑C电口1和所述光纤连接器接口3连接的光模块功能主体2，所述USB Type‑C电口1与所述光模块功能主体2焊接，所述光纤连接器接口3与所述光模块功能主体2的外壳一体成型。本发明参考现光模块设计中的成熟的控制通信方案，结合USB Type‑C电口的物理接口，提出了一种符合USB设备供应商协议的备用引脚定义方式，定义的引脚相互独立，在备用引脚定义启用下进行双向链路检测，高优先度的控制信号通过专用引脚实现通信，逻辑符合现行主流光模块的控制，可以更加高效、可靠的监控和控制光模块的工作状态。

Description

一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块
技术领域
本发明属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块。
背景技术
当前，人们对计算机和外围设备之间的快速数据传送的要求越来越高。同时，多功能的USB通常用来连接计算机和外围设备以实现数据传送。
USB全称Universal Serial Bus(通用串行总线)，USB3.0设备极大提高传输带宽理论速度达到5Gbps，提供更好的电源管理，支持待机、休眠、暂停等状态，更快识别器件，最大输出电流提升为5V/900mA。USB 3.1追求更快速度，理论速度达到10Gbps，达到USB 3.0的两倍，最大输出电流20V/5A。
USB Type-C则是目前全新的USB接口，在USB 3.2标准支持2.56GB/S的速度，传输视频、声音信号等功能更不在话下，USB Type-C的针脚达到了24个，新加入了CC引脚，以进行USB Power Delivery充电，而它的简称就是我们熟知的USB PD快充，传输电力在USB PD支持20V5A最高100W的电力输出，而且CC引脚可以判断出USB-C插入的方向，进而控制其他引脚的传输方式，最终实现不分正反。USB Type-C还新加了一组SUB引脚，它支持AlternateMode(可选模式)，适合传输非USB信号，可以用它进行HDMI传输、MHL视频传输等。
USB接口普及与应用至今，以发展出许多不同性能与应用场景的USB接口及连接器型号，如今最常见的支持通信速率最高的USB接口为USB Type-C，其较小的外观尺寸、较高的密度的设计外形受到消费者及设备制造商的欢迎。目前的USB4.0协议规范中，USB Type-C电口在通信设备满足GEN22×2模式下，可以实现双向最高速率40Gbps的通信速率。
然而受到USB线数据线的电双绞线设计的影响，难以在双绞线中较长距离有效传输高速数字电信号，且金属材质双绞线质量大且线径较粗，不易于较长距离高速信号传输。由于双绞线线长难以做到一致，传统的USB数据线传输高速数据时，因此会带来差分信号的信号延滞，从而增加抖动，进而降低信号质量和传输带宽，并且信号衰减会限制传输长度，设备也需要对时延差较大的数据进行数据恢复，对设备的信号处理性能要求较高，通信设备的功耗及成本难以满足需求。
USB引脚定义的传统的工作模式下，采用D+、D-引脚传输控制信号以实现主机与设备的通信。若主机仅采用D+与D-通道进行控制光模块，仅一条数据链路通过时分复用、频分复用的方式通信，设备成本略高、实现略复杂、控制信号间及数据传输信号间干扰较大，控制信号优先及及稳定性性难以保证。
受到传统双绞线结构的USB数据线及现有信号处理芯片的性能影响，现市面上还无成熟且完全满足USB4.0 GEN22×2标准的USB设备通信接口及系统。
因此，亟待一种多通道、可靠、高效传输信号的光通信模块以克服上述缺陷。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其目的在于在USB Type-C通信设备满足GEN22×2模式下，可以实现双向高速的通信速率，并且实现远距离的高保真信号传输，由此解决现市面上还无成熟且完全满足USB4.0标准的USB设备通信接口及系统的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块，通过本发明USB Type-C电口的光模块与光纤组成的数据通信链路，实现完全满足USB4.0 GEN22×2标准的USB设备通信接口及系统并且可以高速、可靠地传输数据。
为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种设置有备用引脚定义的USB Type-C电口，当该电口与设备端口同时遵循USB4.0协议标准即可自动启用备用引脚定义，由原单条数据链路自动升级为两条数据链路，控制逻辑符合现行主流光模块，可以更好的实时监控与控制本发明光模块的工作与状态。
综上，本发明提供一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块，光模块包括基于USB协议设置备用引脚定义的USB Type-C电口1、用于连接至少一根光纤的光纤连接器接口3以及分别与所述USB Type-C电口1和所述光纤连接器接口3连接的光模块功能主体2，所述USB Type-C电口1与所述光模块功能主体2焊接，所述光纤连接器接口3与所述光模块功能主体2的外壳一体成型。
作为对上述方案进一步的完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
光模块功能主体2包括顶盖21、光模块集成电路板22、光收发器件23和底座24，所述光收发器件23采用板上芯片封装工艺安装于光模块集成电路板22上，光模块集成电路板22和光收发器件23一起装入所述底座24，所述顶盖21通过卡扣形式与底座24耦合。
光纤连接器接口3一体成型于底座24的一端，光纤连接器接口3连接光纤的连接头结构形式选用FC、SC、ST、MT-RJ、LC、MU或MC型光纤连接器其中的一种。
FC型光纤连接器
这种连接器最早是由日本NTT研制。FC是Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。最早，FC类型的连接器，采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式(FC)。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。后来，对该类型连接器做了改进，采用对接端面呈球面的插针(PC)，而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。
SC型光纤连接器
这是一种由日本NTT公司开发的光纤连接器。其外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同。其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。
ST和SC接口是光纤连接器的两种类型，对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型的，对于100Base-FX来说，连接器大部分情况下为SC类型的。ST连接器的芯外露，SC连接器的芯在接头里面。
MT-RJ型连接器
MT-RJ起步于NTT开发的MT连接器，带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光收发信机相连，连接器端面光纤为双芯(间隔0.75mm)排列设计，是主要用于数据传输的下一代高密度光纤连接器。
LC型连接器
LC型连接器是采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成，其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。这样可以提高光纤配线架中光纤连接器的密度。当前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。
MU型连接器
MU(Miniature unit Coupling)连接器是以使用最多的SC型连接器为基础，由NTT研制开发出来的世界上最小的单芯光纤连接器。该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装。利用MU的l.25mm直径的套管，NTT已经开发了MU连接器系列。它们有用于光缆连接的插座型连接器(MU-A系列)；具有自保持机构的底板连接器(MU-B系列)以及用于连接LD/PD模块与插头的简化插座(MU-SR系列)等。随着光纤网络向更大带宽更大容量方向的迅速发展和DWDM技术的广泛应用，对MU型连接器的需求也将迅速增长。
MC型连接器
2012年国内通讯公司自主研发了一款比LC连接器体积更小，密度更高的MC连接器。日海MC光纤活动连接器是一种高密度单芯光纤活动连接器，适用于各种高密度场合，如大容量中心机房和高密度数据中心。MC光纤活动连接器密度高，在相同的空间内最高可达到LC连接器的两倍，堪称世界体积最小、密度最高的一款连接器。
USB Type-C电口1连接对端光模块的类型选用符合USB 4.0、USB 3.2或USB 3.1规范设备其中的一种。
USB Type-C电口1在遵循USB3.1及以上版本USB协议标准的条件下，一共设置24个引脚，设置备用引脚定义之前，A面和B面翻转后各针脚定义的顺序相同，A侧12引脚定义分别是A1-GND、A2-TX+、A3-TX1-、A4-VBUS、A5-CC1、A6-D+、A7-D-、A8-SBU1、A9-VBUS、A10-RX2-、A11-RX2+、A12-GND；B侧12引脚定义分别是B1-GND、B2-RX+、B3-RX1-、B4-VBUS、B5-SBU2、B6-D-、B7-D+、B8-CC2、B9-VBUS、B10-TX2-、B11-TX2+、B12-GND，A侧引脚A5、A6和A8设置备用引脚定义，B侧引脚B5、B6和B8设置备用引脚定义，其余引脚定义不变。
USB Type-C电口1与设备端口识别，检测设备端口USB协议版本，若版本不一致，USB Type-C电口1工作协议模式自动退回到与对端相同，USB Type-C电口1放弃使用备用引脚定义，引脚继续使用原定义；若版本一致，USB Type-C电口1自动启用备用引脚定义，光模块与设备间连接方式由通用连接模式切换为备用连接模式。
USB Type-C电口1的配置通道引脚A5与B8原定义为CC1、CC2，设置备用引脚定义后分别为模块选择功能ModSelL和工作模式选择LPMode。
USB Type-C电口1的信号传送引脚A6与B6原定义为D+，设置备用引脚定义后分别为中断控制IntL和模块复位ResetL。
USB Type-C电口1的辅助信号引脚A8与B5原定义为SBU1、SBU2，设置备用引脚定义后分别为用于串行时钟接口与串行数据接口SCL/SDA和端口检测ModPrsL。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
一方面，本发明提出带有USB Type-C电口的收发一体光模块可与对应连接形式接口的光纤组成高速数据传输链路，实现USB信号中长距离高速传输。较传统金属双绞线USB数据线相比，光纤柔韧性更好、直径更小、重量更轻，信号保真性更好、信号时延小，两路并行信号时传输链路中无时延差，设备USB Type-C电口接收到的差分电信号信号质量高。结构上，复杂的信号处理与恢复功能全部集中与一块电路板上，光芯片与光器件采用板上芯片封装(COB，全称Chips on Board)工艺直接制作在电路板板体上，进一步缩小体积、降低成本。
另一方面，本发明参考现光模块设计中成熟的控制通信方案，结合USB Type-C电口的物理接口，设置一种符合USB设备供应商协议的备用引脚定义方式，该定义在满足USB协议与USB Type-C电口的使用情况下，引脚相互独立，高优先度的控制信号通过专用引脚连接实现通信，降低了时分复用和频分信号复用的复杂程度，减小了各种信号间的相互干扰，充分应用端口引脚，大幅提升模块的稳定性、可控性，小幅降低设备及控制信号的复杂度，充分保证了高优先度控制信号的可靠性、实时性，也降低了其他控制信号的复杂度，有效的提升了主机设备通过USB Type-C电口连接光模块的控制能力，可以更好的实时监控与控制本发明光模块的工作与状态。
附图说明
图1是本发明实施例光模块外观示意图；
图2是本发明实施例光模块爆炸结构图；
图3是本发明实施例光模块主体功能示意图；
图4是本发明实施例光模块的USB Type-C电口备用引脚定义图；
图5是本发明实施例光模块工作流程示意图；
图6是本发明实施例光模块数据转换示意图；
图7是本发明实施例光模块信号转换与恢复简图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-USB Type-C电口；2-光模块主体功能；21-顶盖；22-光模块集成电路板；23-光收发器件；24-底座；3-光纤连接器接口。
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。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。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤还可以分解，而有的步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
实施例一：
下面结合具体实施例一进行详细说明，如图1，本发明提供一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块，光模块包括基于USB协议设置备用引脚定义的USB Type-C电口1、用于连接至少一根光纤的光纤连接器接口3以及分别与所述USB Type-C电口1和所述光纤连接器接口3连接的光模块功能主体2，所述USB Type-C电口1与所述光模块功能主体2焊接，所述光纤连接器接口3与所述光模块功能主体2的外壳一体成型。
如图2和图3，结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，光模块功能主体2包括顶盖21、光模块集成电路板22、光收发器件23和底座24，所述光收发器件23采用板上芯片封装工艺安装于光模块集成电路板22上，光模块集成电路板22和光收发器件23一起装入所述底座24，所述顶盖21通过卡扣形式与底座24耦合。
如图2，结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，光纤连接器接口3一体成型于底座24的一端，光纤连接器接口3连接光纤的连接头结构形式选用选用FC、SC、ST、MT-RJ、LC、MU或MC其中的一种，本发明实施例选用LC型光纤连接头结构。
结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1连接对端光模块的类型选用符合USB 4.0、USB 3.2或USB 3.1规范设备其中的一种，本发明实施例一中的USB Type-C电口1对端的光模块选用遵循USB 4.0的规范协议。
如图4，结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，本发明实施例一中的USB Type-C电口1选用遵循USB 4.0的规范协议，一共设置24个引脚，设置备用引脚定义之前，A面和B面翻转后各针脚定义的顺序相同，A侧12引脚定义分别是A1-GND、A2-TX+、A3-TX1-、A4-VBUS、A5-CC1、A6-D+、A7-D-、A8-SBU1、A9-VBUS、A10-RX2-、A11-RX2+、A12-GND；B侧12引脚定义分别是B1-GND、B2-RX+、B3-RX1-、B4-VBUS、B5-SBU2、B6-D-、B7-D+、B8-CC2、B9-VBUS、B10-TX2-、B11-TX2+、B12-GND，A侧引脚A5、A6和A8设置备用引脚定义，B侧引脚B5、B6和B8设置备用引脚定义，其余引脚定义不变。
除被定义备用协议的六个引脚外，本发明光模块的引脚备用定义方法还可以应用到其他引脚上。
如图5，结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1与设备端口识别，检测设备端口USB协议版本，若版本不一致，USB Type-C电口1工作协议模式自动退回到与对端相同，USB Type-C电口1放弃使用备用引脚定义，引脚继续使用原定义；若版本一致，USB Type-C电口1自动启用备用引脚定义，光模块功能主体2与设备间连接方式由通用连接模式切换为备用连接模式。
本发明实施例中USB Type-C电口1与设备端口USB协议版本一致，共同遵循USB4.0的规范协议，因此USB Type-C电口1自动启用备用引脚定义。
如图4，结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1的配置通道引脚A5与B8原定义为CC1、CC2，设置备用引脚定义后分别为模块选择功能ModSelL和工作模式选择LPMode。
如图4，结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1的信号传送引脚A6与B6原定义为D+，设置备用引脚定义后分别为中断控制IntL和模块复位ResetL。
如图4，结合本发明实施例一，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1的辅助信号引脚A8与B5原定义为SBU1、SBU2，设置备用引脚定义后分别为用于串行时钟接口与串行数据接口SCL/SDA和端口检测ModPrsL。
备用引脚的功能分别为：
A5-ModSelL：低电平有效，模式选择信号；ModSelL是输入引脚。当主机保持低电平时，模块响应I2C命令。ModSelL允许在单个I2C接口总线上使用多个光模块模块。当ModSelL为“High”时，模块不应响应或确认来自主机的任何I2C接口信号。ModSelL信号输入节点必须偏置到模块中的“High”状态。为了避免冲突，在取消选择任何光模块模块后，主机系统不应在ModSelL Deassert的时间内尝试I2C接口通信。类似地，在与新选择的模块通信之前，主机必须至少等待ModSelL assert时间段。只要满足上述时序要求，不同模块的assert(断言)和assert(解除断言)周期可能重叠。
A6-Intl：当光模块有任意告警时，输出高电平；IntL是输出引脚。“低”时，表示可能的模块操作故障或对主机系统至关重要的状态。主机使用I2C接口识别中断源。IntL引脚是开路集电极输出，必须拉至主机板上的主电源电压。完成复位后，当读取Byte 2，Bit0(数据未就绪)值为“0”且读取标志字段(见7.6.1.2)时，INTL引脚置为“高电平”。
A8-SCL/SDA：数据线SDA与时钟线SCL构成控制总线；串行时钟(SCL)：主机向光模块提供SCL时钟输入，用于将上升沿开始的时钟数据输入到每个光模块设备(上升沿触发，在SCL高电平期间采样SDA管脚电平，输入光模块)，将下降沿时钟数据从每个设备输出(下降沿触发，在低电平期间输出数据改变SDA管脚电平)。在时钟延长期间，SCL线可能被光模块模块拉低。
串行数据(SDA)：SDA引脚是双向的，用于串行数据传输。该引脚为漏极开路或集电极开路驱动，可与任意数量的漏极开路或集电极开路器件进行线或(wire-ORed)连接。主/从：光模块模块仅作为从设备运行。主机必须为SCL提供总线并且主机启动所有读/写通信。
主/从：光模块仅作为从设备运行。主机必须为SCL提供总线并且主机启动所有读/写通信。
B5-ModPrsL：低电平有效，光模块在位信号；ModPrsL被拉到主机板上的Vcc_Host，并在模块中接地。ModPrsL在插入时断言为“低”，当模块物理上不在主机连接器上时(不在位)，Modprsl将被取消断言为“高”。
B6-ResetL：低电平有效，复位信号；ResetL引脚上的低电平时间超过最小脉冲长度(t_Reset_init)会启动完整的模块复位，将所有用户模块设置恢复为默认状态。
B8-LPMode：当输入低电平时，光模块正常工作；当输入为高电平时，光模块的整体功耗可以降低到1.5W以下。
除2线串行接口外，该模块还具有以下用于控制和状态的低速引脚：ModSelL、ResetL、LPMode、ModPrsL、INTL。
控制输入信号线依次是：模式选择信号(ModeselL，低电平有效)，低功耗选择信号(LPMode)，复位信号(ResetL，低电平有效)。
控制输出信号线依次是：光模块在位信号(ModPrsL，低电平有效)，中断信号(IntL，低电平有效)。
控制总线包括：串行数据(SDA)与串行时钟(SCL)。
串行时钟(SCL)：主机向光模块提供SCL时钟输入，用于将上升沿开始的时钟数据输入到每个光模块设备，将下降沿时钟数据从每个设备输出(下降沿触发，在低电平期间输出数据改变SDA引脚电平)。在时钟延长期间，SCL线可能被光模块拉低。
串行数据(SDA)：SDA引脚是双向的，用于串行数据传输。该引脚为漏极开路或集电极开路驱动，可与任意数量的漏极开路或集电极开路器件进行线连接。
图5是本发明实施例光模块工作流程示意图，包括以下步骤：
S10.初始化模式：光模块的USB Type-C电口1与设备端口识别，检测端口USB协议版本，识别确定连接方向。
S20.链路检测：光模块的USB Type-C电口1与连接对端光模块通过光口通信，识别对端USB协议版本，若版本不一致，采用高版本USB协议连接的光模块工作模式退回到与对端相同。同链路间光模块协商USB版本一致且链路畅通后进入等待模式。本发明实施例中USB Type-C电口1与设备端口USB协议版本一致，共同遵循USB 4.0的规范协议，进入等待模式。
S30.等待模式：准备数据收发，根据接口协议版本选择USB接口连接模式。由于本发明实施例中USB Type-C电口1与设备端口USB协议版本一致，共同遵循USB 4.0的规范协议，支持USB接口全连接，USB光模块与设备间连接方式由通用数据连接模式切换为备用数据连接模式。
S40.数据传输模式：端口间数据传输工作状态。
在本发明实施例一中的备用引脚定义方法，根据光模块预设存储的信息确定光模块中引脚的功能，使得光模块的同一引脚能够在不同的场景下具有不同的功能，以满足备用的需求。
应当理解的是，除光模块A侧引脚A5、A6、A8和B侧引脚B5、B6、B8外，本发明的光模块的备用引脚定义方法还可以应用到其他引脚上，本实施例中对此不做特殊限定。
在本实施例一中，光模块的预设寄存器中可以存储备用引脚定义信息，这些引脚信息可以包含与光模块的引脚定义对应的标识信息。
另外，本实施例一中的光模块还包括微控制单元，用于控制光模块的光收发过程。光模块功能主体2的微控制单元(Micro Controller Unit，简写为：MCU)可以对获取的引脚信息进行分析，具体的，MCU可以将获取的引脚信息与光模块中预先存储的协议内容进行比较，当所述引脚信息与协议内容中的信息匹配时，MCU可以执行所述引脚信息对应的程序，进而实现光模块的引脚定义。
在S20中MCU对获取的引脚信息进行分析之后，MCU可以判断引脚信息是否包含备用引脚定义，并且在判断出引脚信息包含备用引脚定义时，MCU可以通过执行与对应的备用引脚定义程序将原引脚配置为具有备用引脚功能的引脚。
在本实施例一中，链路检测为双向检测，包括光模块功能主体2向对端设备检测和对端设备向光模块功能主体2检测。
接下来，将对本实施例中的光模块数据转换各步骤进行说明，如图6，光模块数据转换发生在链路检测的步骤中，光模块与连接对端光模块通过光口通信，检测对端USB协议版本与本实施例中的USB Type-C电口1是否同样遵循USB4.0协议标准的条件，步骤为：
S201：识别对端USB协议版本，检测到接口支持全引脚有效连接，进行S202步骤，否则转到S203；
S202：光模块功能主体2发射端循环发射特定PAM4码，进行S204步骤；
S204：光模块功能主体2接收端收到光信号，检测是否为特定PAM4码，若是特定PAM4码，进行S205；
S205：收到多轮稳定信号且与光模块功能主体2发射端信号一致，发射确认信号，否则转到S206；
S207：收到对端确认信号，停止发射光信号；
S208：完成链路检测。
在步骤S204中，若光模块功能主体2接收端收到光信号不是特定的PAM4码，则进行步骤S206；
S206：光模块功能主体2发射端循环发射特定RZ码，再继续进行步骤S205；
S205：收到多轮稳定信号且与发端信号一致，发射确认信号；
S207：收到对端确认信号，停止发射光信号；
S208：完成链路检测。
若对端USB协议版本与本实施例中的USB Type-C电口1遵循不一致的USB协议标准的条件下，步骤为：
S201：识别对端USB协议版本，检测接口不支持全引脚有效连接，进行S203步骤；
S203：光模块功能主体2发射端循环发射特定RZ码；
S205：收到多轮稳定信号且与光模块功能主体2发射端信号一致，发射确认信号；
S207：收到对端确认信号，停止发射光信号；
S208：完成链路检测。
其中，PAM4(4Pulse Amplitude Modulation)是新一代信号传输技术，其采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3)，相较于传统信号传输方式，每个信号符号周期可以传输更多bit的逻辑信息，PAM4技术可以有效提升带宽利用效率，同时PAM4采用高阶调制格式，就是一个有效的方式来降低光学器件的采用数量，降低对光学器件性能的要求以及在不同应用场合的性能，成本，功耗以及密度之间达到一个平衡。
大数据和云计算的到来，流量的增长，迫切需要一个更复杂的调制方式，PAM4是更高效的调制技术。
在新一代的200G/400G接口标准的制定过程中，普遍的诉求是每对差分线上的数据速率要提高到50Gbps以上。如果仍然采用NRZ技术，由于每个符号周期只有不到20ps，对于收发芯片以及传输链路的时间裕量要求更加苛刻，所以PAM4技术的采用几乎成为了必然趋势。
RZ编码(Return-to-zero Code)，是归零编码，其特点是在每个信号单元的中间均有跳变，为接收方提供了自同步机制(接收方根据该跳变对本方的时钟基准进行调整)。
在RZ编码试工中，正电平代表逻辑1，负电平代码逻辑0，并且每次传输完一位数据，信号都会回到零电平，这样，在信号线上会产生3种电平：正电平、负电平、零电平。
RZ编码数据传输时都有一个归零的过程，这样接收端只需要在归零后进行新的采样，这样就不需要单独的时钟信号，这实际上相当于把时钟信号用归零处理在传输的数据中，这种信号叫自同步信号。
这虽然节省了信号线，不过还是有它固有的缺点，由于RZ编码信号中有大部分数据带宽被用于传输“归零”信号而浪费掉了。
在本实施例一中，特定的PAM4码、RZ码由光模块功能主体2预先设置，并可保存与识别。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
如图7，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1发射与接收RZ码，光纤连接器接口3仅传输PAM4码，光模块功能主体2实现信号的码型变换。将USB Type-C电口中的两路发射信号与两路接收信号在接口模块中转换，将电接口侧传统的RZ码信号转换为光路中的PAM4码进行传输及接收。RZ码信号转换为PAM4码信号实现逻辑与电路设计较为简单，通过RZ码数字信号与PAM4码数字信号的转换，消除本专利光模块光路传输时两路并行的收发信号间的信号时延差，避免了长距离差分电信号电传输的实现困难。
实施例二：
本发明实施例中的USB Type-C电口1对端的光模块选用遵循USB 3.1的规范协议，本发明实施例中的USB Type-C电口1选用遵循USB 4.0的规范协议。
如图1，本发明提供一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，光模块包括设置备用引脚定义的USB Type-C电口1、用于连接至少一根光纤的光纤连接器接口3以及分别与所述USB Type-C电口1和所述光纤连接器接口3连接的光模块功能主体2，所述USB Type-C电口1与所述光模块功能主体2焊接，所述光纤连接器接口3与所述光模块功能主体2的外壳一体成型。
如图2和图3，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，光模块功能主体2包括顶盖21、光模块集成电路板22、光收发器件23和底座24，所述光收发器件23采用板上芯片封装工艺安装于光模块集成电路板22上，光模块集成电路板22和光收发器件23一起装入所述底座24，所述顶盖21通过卡扣形式与底座24耦合。
如图2，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，光纤连接器接口3一体成型于底座24的一端，光纤连接器接口3连接光纤的连接头结构形式选用选用FC、SC、ST、MT-RJ、LC、MU或MC其中的一种，本发明实施例选用LC型光纤连接头结构。
结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1连接对端光模块的类型选用符合USB 4.0、USB 3.2或USB 3.1规范设备其中的一种，本发明实施例中的USB Type-C电口1对端的光模块选用遵循USB 3.1的规范协议。
如图4，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，本发明实施例中的USB Type-C电口1选用遵循USB 4.0的规范协议，一共设置24个引脚，设置备用引脚定义之前，A面和B面翻转后各针脚定义的顺序相同，A侧12引脚定义分别是A1-GND、A2-TX+、A3-TX1-、A4-VBUS、A5-CC1、A6-D+、A7-D-、A8-SBU1、A9-VBUS、A10-RX2-、A11-RX2+、A12-GND；B侧12引脚定义分别是B1-GND、B2-RX+、B3-RX1-、B4-VBUS、B5-SBU2、B6-D-、B7-D+、B8-CC2、B9-VBUS、B10-TX2-、B11-TX2+、B12-GND，A侧引脚A5、A6和A8设置备用引脚定义，B侧引脚B5、B6和B8设置备用引脚定义，其余引脚定义不变。
除被定义备用协议的六个引脚外，本发明光模块的引脚备用定义方法还可以应用到其他引脚上。
如图5，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1与设备端口识别，检测设备端口USB协议版本，版本不一致，USB Type-C电口1工作协议模式自动退回到与对端相同，USB Type-C电口1放弃使用备用引脚定义，引脚继续使用原定义。
本发明实施例中USB Type-C电口1与设备端口USB协议版本不一致，USB Type-C电口1退回选用遵循USB 3.1的规范协议，因此USB Type-C电口1不能自动启用备用引脚定义，继续沿用原引脚定义。
图5是本发明实施例光模块工作流程示意图，包括以下步骤：
S10.初始化模式：光模块的USB Type-C电口1与设备端口识别，检测端口USB协议版本，识别确定连接方向。
S20.链路检测：光模块的USB Type-C电口1与连接对端光模块通过光口通信，识别对端USB协议版本，若版本不一致，采用高版本USB协议连接的光模块工作模式退回到与对端相同。同链路间光模块协商USB版本一致且链路畅通后进入等待模式。本发明实施例中USB Type-C电口1与设备端口USB协议版本不一致，USB Type-C电口1退回选用遵循USB 3.1的规范协议，进入等待模式。
S30.等待模式：准备数据收发，根据接口协议版本选择USB接口连接模式。由于本发明实施例中USB Type-C电口1与设备端口USB协议版本不一致，USB Type-C电口1退回选用遵循USB 3.1的规范协议，不支持USB接口全连接，USB光模块与设备间连接方式继续使用通用数据连接模式。
S40.数据传输模式：端口间数据传输工作状态。
应当理解的是，除光模块A侧引脚A5、A6、A8和B侧引脚B5、B6、B8外，本发明的光模块的备用引脚定义方法还可以应用到其他引脚上，本实施例中对此不做特殊限定。
在本实施例二中，光模块的预设寄存器中可以存储备用引脚定义信息，这些引脚信息可以包含与光模块的引脚定义对应的标识信息。
另外，本实施例二中的光模块还包括微控制单元，用于控制光模块的光收发过程。光模块功能主体2的微控制单元(Micro Controller Unit，简写为：MCU)可以对获取的引脚信息进行分析，具体的，MCU可以将获取的引脚信息与光模块中预先存储的协议内容进行比较，当所述引脚信息与协议内容中的信息匹配时，MCU可以执行所述引脚信息对应的程序，进而实现光模块的引脚定义。
在S20中MCU对获取的引脚信息进行分析之后，MCU可以判断引脚信息是否包含备用引脚定义，并且在判断出引脚信息包含备用引脚定义时，MCU可以通过执行与对应的备用引脚定义程序将原引脚配置为具有备用引脚功能的引脚。
在本实施例二中，链路检测为双向检测，包括光模块功能主体2向对端设备检测和对端设备向光模块功能主体2检测。
接下来，将对本实施例二中的光模块数据转换各步骤进行说明，如图6，光模块数据转换发生在链路检测的步骤中，光模块与连接对端光模块通过光口通信，检测对端USB协议版本与本实施例中的USB Type-C电口1是否同样遵循USB4.0协议标准的条件，步骤为：
S201：识别对端USB协议版本，检测接口不支持全引脚有效连接，进行S203，否则转到S202；
S203：光模块功能主体2发射端循环发射特定RZ码；
S205：收到多轮稳定信号且与光模块功能主体2发射端信号一致，发射确认信号；
S207：收到对端确认信号，停止发射光信号；
S208：完成链路检测。
在本实施例二中，特定的PAM4码、RZ码由光模块功能主体2预先设置，并可保存与识别。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
如图7，结合本发明实施例二，还存在一种优选的实现方案，具体的，USB Type-C电口1发射与接收特定RZ码，光纤连接器接口3仅传输特定RZ码，光模块功能主体2不必实现信号的码型变换。
本发明参考现光模块设计中的成熟的控制通信方案，结合USB Type-C电口的物理接口，提出了一种符合USB设备供应商协议的备用引脚定义方式，在备用引脚定义下可以进行双向链路检测，包括光模块向对端设备检测和对端设备向光模块检测，更加高效、可靠的监控和控制本发明光模块。
本领域的技术人员容易理解，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 (9)

1.一种带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，光模块包括基于USB协议设置备用引脚定义的USB Type-C电口(1)、用于连接至少一根光纤的光纤连接器接口(3)以及分别与所述USB Type-C电口(1)和所述光纤连接器接口(3)连接的光模块功能主体(2)，所述USB Type-C电口(1)与所述光模块功能主体(2)焊接，所述光纤连接器接口(3)与所述光模块功能主体(2)的外壳一体成型。
2.如权利要求1所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述光模块功能主体(2)包括顶盖(21)、光模块集成电路板(22)、光收发器件(23)和底座(24)，所述光收发器件(23)采用板上芯片封装工艺安装于光模块集成电路板(22)上，光模块集成电路板(22)和光收发器件(23)一起装入所述底座(24)，所述顶盖(21)通过卡扣形式与底座(24)耦合。
3.如权利要求2所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述光纤连接器接口(3)一体成型于底座(24)的一端，光纤连接器接口(3)连接光纤的连接头结构形式选用FC、SC、ST、MT-RJ、LC、MU或MC型光纤连接器其中的一种。
4.如权利要求1所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述USBType-C电口(1)连接对端光模块的类型选用符合USB4.0、USB 3.2或USB 3.1规范设备其中的一种。
5.如权利要求1所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述USBType-C电口(1)在遵循USB3.1及以上版本USB协议标准的条件下，一共设置24个引脚，设置备用引脚定义之前，A面和B面翻转后各针脚定义的顺序相同，A侧12引脚定义分别是A1-GND、A2-TX+、A3-TX1-、A4-VBUS、A5-CC1、A6-D+、A7-D-、A8-SBU1、A9-VBUS、A10-RX2-、A11-RX2+、A12-GND；B侧12引脚定义分别是B1-GND、B2-RX+、B3-RX1-、B4-VBUS、B5-SBU2、B6-D-、B7-D+、B8-CC2、B9-VBUS、B10-TX2-、B11-TX2+、B12-GND，A侧引脚A5、A6和A8设置备用引脚定义，B侧引脚B5、B6和B8设置备用引脚定义，其余引脚定义不变。
6.如权利要求5所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述USBType-C电口(1)与设备端口识别，检测设备端口USB协议版本，若版本不一致，USB Type-C电口(1)工作协议模式自动退回到与对端相同，USB Type-C电口(1)放弃使用备用引脚定义，引脚继续使用原定义；若版本一致，USB Type-C电口(1)自动启用备用引脚定义，光模块与设备间连接方式由通用连接模式切换为备用连接模式。
7.如权利要求5所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述USBType-C电口(1)的配置通道引脚A5与B8原定义为CC1和CC2，设置备用引脚定义后分别为模块选择功能ModSelL和工作模式选择LPMode。
8.如权利要求5所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述USBType-C电口(1)的信号传送引脚A6与B6原定义为D+，设置备用引脚定义后分别为中断控制IntL和模块复位ResetL。
9.如权利要求5所述的带有USB Type-C电口的收发一体光模块，其特征在于，所述USBType-C电口(1)的辅助信号引脚A8与B5原定义为SBU1、SBU2，设置备用引脚定义后分别为用于串行时钟接口与串行数据接口SCL/SDA和端口检测ModPrsL。
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