CN111522103A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块，通过设置激光芯片的阳极分别与金手指中的供电引脚和激光器驱动芯片的正向输出端电连接、阴极分别与激光器驱动芯片的负向输出端和控制开关的第一端连接，控制开关的第二端与偏置电流源的第一端连接、使能端与金手指中的突发信号接收引脚电连接，偏置电流源的第二端接地。同时，配置控制开关在其接收的突发信号为第一电平值时，使激光芯片的阴极与偏置电流源的第一端导通，进而在激光器驱动芯片所输出的高频信号的调制下输出光信号；相反，若突发信号为第二电平值时，则使激光芯片的阴极与偏置电流源的第一端断开，进而激光芯片不发光。因此，本申请提供的光模块，可以实现光发射通路在突发信号控制下的开启和关断。

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

在宽带接入高速发展的今天，无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术以其公认的高速率、长距离、易维护等特点，成为当前各运营商首选的接入模式。

无源光网络是一个点到多点系统，一个光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)与多个光网络单元(Optical Network Unit，ONU)或光网络终端(Optical NetworkTermination，ONT)通过树形光纤链路连接。在网络技术方面，无源光网络在上行方向从各光网络单元或光网络终端到光线路终端的数据传输采用时分多址的方式，也是突发数据包的传输。

突发模式的光模块是光网络设备中的重要的物理层装置，其主要功能是：发送端将光网络单元或光网络终端设备侧的突发电信号转换为突发光信号传送到远端光线路终端，接收端将接收自远端光线路终端侧的光信号转换为电信号。其中，突发模式光电模块发送端基本工作过程：突发模式光电模块发光与否由光网络终端设备MAC层装置提供的突发控制信号“Tx_Burst”进行控制，当“Tx_Burst”信号有效时(Tx_Burst ON)，驱动光模块内的激光芯片发光；当“Tx_Burst”信号无效时(Tx_Burst OFF)，控制光模块内的激光芯片关闭。

但是，现有的25G及更高速率的激光器驱动芯片、如DFB(Distributed FeedbackLaser)激光器驱动芯片只支持连续模式工作，不支持突发模式工作。

发明内容

针对上述问题，本申请实施例提供了一种光模块，以实现光网络单元光模块在25G及更高速率下突发发射的功能。

本申请实施例提供的光模块，主要包括：

电路板；

金手指，设置在所述电路板上，用于接收来自上位机的高频信号和突发信号；

激光器驱动芯片，与所述金手指中高频信号接收引脚电连接，用于基于来自上位机的所述高频信号输出高频调制信号至激光芯片；

所述激光芯片，阳极分别与所述金手指中的供电引脚和所述激光器驱动芯片的正向输出端电连接、阴极分别与所述激光器驱动芯片的负向输出端和控制开关的第一端电连接；

所述控制开关，第二端与偏置电流源的第一端电连接、使能端与所述金手指中的突发信号接收引脚电连接；

所述偏置电流源，第二端接地，用于调整所述激光芯片的直流偏置电流；

其中，所述控制开关被配置为：如果所述突发信号为第一电平值时，使所述激光芯片的阴极与所述偏置电流源的第一端导通；如果所述突发信号为第二电平值时，使所述激光芯片的阴极与所述偏置电流源的第一端断开。

本申请实施例提供光模块，包括激光芯片、电路板、以及设置在电路板上的金手指、激光器驱动芯片、控制开关以及偏置电流源。通过设置激光芯片的阳极分别与金手指中的供电引脚和激光器驱动芯片的正向输出端电连接、阴极分别与激光器驱动芯片的负向输出端和控制开关的第一端连接，控制开关的第二端与偏置电流源的第一端连接、使能端与金手指中的突发信号接收引脚电连接，偏置电流源第二端接地。同时，配置控制开关在其接收的突发信号为第一电平值时，使激光芯片的阴极与偏置电流源的第一端导通，进而激光芯片发光并且在激光器驱动芯片所输出的高频信号的调制下输出光信号；相反，若突发信号为第二电平值时，则使激光芯片的阴极与偏置电流源的第一端断开，进而激光芯片不发光。因此，本申请提供的光模块，通过配置控制开关和偏置电流源，实现光发射通路在突发信号控制下的开启和关断，进而可以解决激光器驱动芯片不支持突发模式的问题，可以实现光模块在25G及更高速率下突发发射的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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为本实施例中提供的一种光模块的结构示意图；

图4为本实施例中提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种激光芯片与激光芯片驱动电路的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本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30、光发射组件50和光接收组件60。

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，下管壳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管壳上。

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，插入光网络单元等上位机中；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50和光接收组件60；电路板30、光发射组件50和光接收组件60等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下管壳结合的装配方式，便于将电路板30、光发射组件50和光接收组件60等器件安装到壳体中，由上壳体、下管壳形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下管壳一般采用金属材料，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。

电路板30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MCU2045、激光器驱动芯片、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30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30一般为硬性电路板，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50和光接收组件60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。

光发射组件50和光接收组件60，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。本实施例中的光发射组件50采用同轴封装，与电路板30物理分离，通过柔性板40实现电连接；光接收组件60设置在电路板30表面，当然，也采用同轴封装，与电路板物理分离，通过柔性板实现电连接。

光发射组件50可以根据电路板30上的电子元件传输来的数据电信号发出相对高频的数据光信号，以保持光线路终端对外数据传输业务。

进一步的，随着光通信技术的发展，接入网光模块的速率正在向25Gbps及更高速率发展，在ONU光模块中，发射端需要实现突发，而现有的25G及更高速率的激光器驱动芯片只支持连续模式工作，不支持突发模式工作，因此，本实施例在通过配置控制开关、偏置电流源等器件与现有的激光器驱动芯片相配合，实现ONU突发发射的功能。

图5为本申请实施例提供的一种激光芯片与激光芯片驱动电路的连接示意图。如图5所示，该电路包括激光器驱动芯片501、激光芯片502、控制开关503以及偏置电流源504。

其中，激光器驱动芯片501设置在电路板30上，激光器驱动芯片501的输入端与电路板30上的金手指电连接、输出端与激光芯片502电连接，用于对来自上位机的高频信号进行整形、幅度调整，进而可以保证输入至激光芯片502的信号的稳定性。基于金手指接收到的高频信号通常为差分信号，因此，本实施例设置激光器驱动芯片501的正向输出端与激光芯片502的阳极电连接、负向输出端与激光芯片502的阴极电连接。金手指上的供电引脚与激光芯片502的阳极连接，以为激光芯片502供电。

控制开关503的第一端与激光芯片502的阴极电连、第二端与偏置电流源504的第一端连接、使能端与金手指中的突发信号接收引脚电连接，同时，偏置电流源504的第二端与电路板30上的接地电路电连接，以实现接地。

来自上位机的突发信号为低电平和高电平交互变化的阶跃的数字信号、如0电平和1电平交互变化信号，并依据有效的逻辑来通过控制控制开关503的开启和关断来控制偏置(Bias)电流回路的开启和关断，其中，本实施例设置：如果控制开关503的使能端接收到的突发信号为第一电平值、如为低电平时，则控制开关503关闭，进而使激光芯片502的阴极与偏置电流源504的第一端导通，这样，通过金手指中的供电引脚便向激光芯片502供电，并通过偏置电流源504调制，为激光芯片502提供合适的偏置电流，进而激光芯片502可以发光，同时，激光芯片502在激光器驱动芯片501所输出的数据电信号的调制下，输出数据光信号；如果控制开关503的使能端接收到的突发信号为第二电平值、如为高电平时，则控制开关503断开，进而使激光芯片502的阴极与偏置电流源504的第一端断开，进而会导致激光芯片502的直流供电通路无法导通，同时，激光器驱动芯片501所输出调制电流不足以驱动激光芯片502导通，进而激光芯片502不发光。进而激光芯片502不发光；或者，根据激光器驱动芯片501的输出特性，如果控制开关503的使能端接收到的突发信号为第二电平值、如为高电平时，则控制开关503断开，使激光芯片502的阴极与偏置电流源504的第一端断开，进而会导致激光芯片502的直流供电通路无法导通，同时在此情形下，激光器驱动芯片501被动的无法输出调制电流、即无法向激光芯片502输出高频的数据电信号，进而激光芯片502不发光。

本实施例通过设置激光芯片502的阳极分别与金手指中的供电引脚和激光器驱动芯片501的正向输出端电连接、阴极分别与激光器驱动芯片501的负向输出端和控制开关503的第一端连接，控制开关503的第二端与偏置电流源504的第一端连接、使能端与金手指中的突发信号接收引脚电连接，偏置电流源504的第二端接地。同时，配置控制开关503在其接收的突发信号为第一电平值时，使激光芯片502的阴极与偏置电流源504的第一端导通，进而激光芯片502发光并且激光器驱动芯片501所输出的高频信号的调制下输出光信号；相反，若突发信号为第二电平值时，则使激光芯片502的阴极与偏置电流源504的第一端断开，进而激光芯片502不发光。因此，本申请提供的光模块，通过配置控制开关503和偏置电流源504，而实现光发射通路在突发信号控制下的开启和关断，进而可以解决激光器驱动芯片501不支持突发模式的问题，可以实现光模块在25G及更高速率下突发发射的功能。

进一步的，可以通过对控制开关503配置，使突发信号调节控制开关503的开启和关闭所用时间为ns级别，所以激光芯片502的突发开启时间处于ns级别，从而达到无源光网络中光模块突发开启时间小于128ns的要求。因此，本申请提供的光模块使光网络单元光模块具有ns级别突发发射的性能，有助于促进在无源光网络中高速率光模块的实现。

由于激光器驱动芯片501向激光芯片502输出的为高频信号，而金手指中的供电引脚与偏置电流源504所在通路传输的为直流信号，为实现两通路的阻抗匹配，本实施例还设置在电路板30上设置第一电感器和第二电感器，其中，第一电感器的第一端与金手指中的供电引脚电连接、第二端与激光芯片502的阳极电连接，第二电感器的第一端与激光芯片502的阴极电连接、第二端与控制开关503的第一端连接。基于磁珠是直流低阻抗特性，本实施例中，上述第一电感器和第二电感器选用磁珠，进而可以提供足够的直流电流并且提供高速数据信号的阻抗匹配，使激光器驱动芯片501输出至激光芯片502的数据信号的失真较小，当然，在其它实施例中也可以选用普通电感。

进一步的，由于在激光器驱动芯片501与激光芯片502的通路中，除了激光器驱动芯片501向激光芯片502输出的高频数据信号外，还可能存在一些相对低频的噪声信号，因此，本实施例将第一电感器由两个串联的磁珠L1和L2组成，且磁珠L1和L2的频率特性可以不同，形成两级滤波电路，当然，在其它实施例中还可以由两个以上的串联的磁珠组成，各磁珠的频率特性也可以相同。基于同样的原理，第二电感器也是由两个串联的磁珠L3和L4组成。

进一步的，所述光模块还包括第一电容C1和第二电容C2，其中，第一电容C1的第一端与激光器驱动芯片501的正向输出端电连接、第二端与激光芯片502的正极电连接，第二电容C2的第一端与激光器驱动芯片501的正向输出端电连接、第二端与激光芯片502的阴极电连接。利用第一电容C1和第二电容C2，去除激光器驱动芯片501输入至激光芯片502的杂质干扰信号，有利于保证激光芯片502所输出光信号的稳定性。同时，第一电容C1和第二电容C2的容值不能过大，否则会造成突发开启时间慢和突发关断时拖尾的现象。

同理，本实施例在激光器驱动芯片501的输入端也串联有耦合电容，其中，第三电容C3的第一端与金手指中的正向高频信号输入引脚电连接、第二端与激光器驱动芯片501的正向输入端电连接，第四电容C4的第一端与金手指中的负向高频信号输入引脚电连接电连接、第二端与激光器驱动芯片501的负向输入端电连接。利用第三电容C3和第四电容C4，去除输入至激光器驱动芯片的杂质干扰信号，进而有利于保证激光芯片502所输出光信号的稳定性。同时，第三电容C3和第四电容C4的容值也不能过大，否则会造成突发开启时间慢和突发关断时拖尾的现象。

需要说明的是，上述实施例中以直接调制激光芯片502为例，如激光芯片502选用波长可以调制的DFB(Distributed Feedback Laser，分布式反馈激光芯片)激光芯片。

最后应说明的是：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；

金手指，设置在所述电路板上，用于接收来自上位机的高频信号和突发信号；

激光器驱动芯片，与所述金手指中高频信号接收引脚电连接，用于基于来自上位机的所述高频信号输出高频调制信号至激光芯片；

所述激光芯片，阳极分别与所述金手指中的供电引脚和所述激光器驱动芯片的正向输出端电连接、阴极分别与所述激光器驱动芯片的负向输出端和控制开关的第一端电连接；

所述控制开关，第二端与偏置电流源的第一端电连接、使能端与所述金手指中的突发信号接收引脚电连接；

所述偏置电流源，第二端接地，用于调整所述激光芯片的直流偏置电流；

其中，所述控制开关被配置为：如果所述突发信号为第一电平值时，使所述激光芯片的阴极与所述偏置电流源的第一端导通；如果所述突发信号为第二电平值时，使所述激光芯片的阴极与所述偏置电流源的第一端断开。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：

第一电感器，第一端与所述金手指中的供电引脚电连接、第二端与所述激光芯片的阳极电连接；

第二电感器，第一端与所述激光芯片的阴极电连接、第二端与所述控制开关的第一端连接。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第一电感器由两个或两个以上串联的磁珠组成，所述第二电感器由两个或两个以上串联的磁珠组成。

4.根据权利要求1至3任一所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：

第一电容，第一端与所述激光器驱动芯片的正向输出端电连接、第二端与所述激光芯片的正极电连接；

第二电容，第一端与所述激光器驱动芯片的正向输出端电连接、第二端与所述激光芯片的阴极电连接。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：

第三电容，第一端与所述金手指电连接、第二端与所述激光器驱动芯片的正向输入端电连接；

第四电容，第一端与所述金手指电连接、第二端与所述激光器驱动芯片的负向输入端电连接。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光芯片为DFB激光芯片。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块的传输速率大于或等于25G。

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