CN112415676A - 一种单模并行多通道光引擎设计方法 - Google Patents

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于佩
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Abstract

本发明公开了一种单模并行多通道光引擎设计方法，其设计方法包括以下步骤：S1、首先在金属块上完成四通道光学组件的设计，然后将金属块与PCB主板进行机械固定，最后通过打线完成电气连接，直接将四路激光器芯片通过热沉贴在金属块上，四路激光器芯片由探针台提供偏置电流Ibias，驱动激光器芯片发光，四路光信号分别通过四路隔离器、四路透镜对光信号进行耦合，最后通过光合波器将四路不同波长光信号汇集，完成四通道光学组件的设计。S2、然后在发射端采样的四路数据信号通过光模块的四路数据口输入到四通道激光驱动器，四通道激光驱动器同时调制驱动四路激光器芯片发光，每一路激光器芯片通过透镜、隔离器将光信号耦合到最佳状态。

Description

一种单模并行多通道光引擎设计方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体为一种单模并行多通道光引擎设计方法。
背景技术
近年来，云计算、物联网、移动互联网等网络和业务应用的兴起，对底层的传送网提出了很高的带宽和承载需求，特别是对网络的带宽、业务快速提供、网络灵活性等方面都提出了更高的需求，100G CWDM4光电转换模块包含四路发射、四路接收，单路速率最高达每秒25Gbps，该模块运用CWDM(粗波分复用)技术，只需一根光纤就能同时传输四路光信号，是通信行业一款主流的光模块产品。
传统的100G CWDM4光电转换模块的光引擎设计采用四TOSA(激光器)方案，将四只TOSA通过软板与PCB主板进行锡焊焊接完成电气连接，完成光引擎制作，最后将光引擎装壳进行光电性能测试。该方案成本高、散热差、信号完整性不好，在进行软板焊接时操作一致性差，制成工艺不可控，产品的高频性能和成品率无法保证，该方案到光引擎制作完成后才能进行筛选试验，当发现不合格光引擎需对软板进行2次焊接，很容易造成软板、主板对应焊盘受损，影响光引擎高频性能，维修成品率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单模并行多通道光引擎设计方法，以解决上述背景技术中提出的传统的100G CWDM4光电转换模块的光引擎设计采用四TOSA(激光器)方案，将四只TOSA通过软板与PCB主板进行锡焊焊接完成电气连接，完成光引擎制作，最后将光引擎装壳进行光电性能测试。该方案成本高、散热差、信号完整性不好，在进行软板焊接时操作一致性差，制成工艺不可控，产品的高频性能和成品率无法保证，该方案到光引擎制作完成后才能进行筛选试验，当发现不合格光引擎需对软板进行2次焊接，很容易造成软板、主板对应焊盘受损，影响光引擎高频性能，维修成品率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单模并行多通道光引擎设计方法，其设计方法包括以下步骤：
S1、首先在金属块上完成四通道光学组件的设计，然后将金属块与PCB主板进行机械固定，最后通过打线完成电气连接，直接将四路激光器芯片通过热沉贴在金属块上，四路激光器芯片由探针台提供偏置电流Ibias，驱动激光器芯片发光，四路光信号分别通过四路隔离器、四路透镜对光信号进行耦合，最后通过光合波器(MUX)将四路不同波长光信号汇集在一起，完成四通道光学组件的设计。
S2、然后在发射端采样的四路数据信号通过光模块的四路数据口输入到四通道激光驱动器，四通道激光驱动器同时调制驱动四路激光器芯片发光，每一路激光器芯片通过透镜、隔离器将光信号耦合到最佳状态，并通过光纤传输到远端的信号处理机，从而实现电光转换，在接收端，光纤中的光信号通过光分波器(DEMUX)按波长不同被分成四路独立的光信号，四路光信号分别通过四路激光接收器将光信号转换成流电信号，四路电流信号通过四通道限幅放大器转换成四路电压信号，实现光电转换。
S3、最后在光学组件完成后进行三温测试，筛选出三温性能不合格产品，然后将光学组件与PCB主板通过粘胶的方式进行精密机械固定，固定完成后将激光器芯片与PCBbonding焊盘通过打线机自动打线来完成电气连接。
优选的，所述四路激光器芯片直接进行采用光路耦合的方式实时连接。
优选的，所述金属块与PCB主板采用黑胶进行精密机械固定，且激光器芯片与PCBbonding焊盘由金线完成连接。
优选的，所述本光引擎所采用的是十万兆速率模块，其传输总容量能够达到每秒100Gbit。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明是直接对激光器芯片进行贴片耦合，比常规TOSA方案成本低，且采用打线工艺来完成激光器芯片与PCB bonding焊盘的电气连接，高速信号通路短、信号完整性好、自动化程度高、成品率高。
本发明采用了高效的散热设计，将激光器芯片直接贴在金属热沉块上，金属块与光模块外壳直接充分接触，保证了激光器芯片的良好散热，产品的高温工作窗口有很大提高，且设计的光引擎是十万兆速率模块,传输总容量达到每秒100Gbit,可高密度安装，对大数据传输非常方便。
附图说明
图1为本发明的四TOSA光引擎设计方案；
图2为本发明新型单模多通道并行光引擎设计方案示意图；
图3为本发明100G CWDM4光电转换模块原理图。
图中：1、PCB主板；2、激光器；3、球透镜；4、隔离器；5、合波器；6、金属块；7、光学组件；8、高速软板；9、TOSA
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。
实施例一：
请参阅图1-3，一种单模并行多通道光引擎设计方法，其设计方法包括以下步骤：
S1、首先在金属块上完成四通道光学组件的设计，然后将金属块与PCB主板进行机械固定，最后通过打线完成电气连接，直接将四路激光器芯片通过热沉贴在金属块上，四路激光器芯片由探针台提供偏置电流Ibias，驱动激光器芯片发光，四路光信号分别通过四路隔离器、四路透镜对光信号进行耦合，最后通过光合波器将四路不同波长光信号汇集在一起，完成四通道光学组件的设计，SEMTECH公司生产的高速芯片GN2105B、GN2110B为大批量使用过的成熟集成电路，其中GN2105B芯片包含四通道激光器驱动电路，并带有时钟恢复电路CDR，单通道最高速率可达28Gb/S；GN2110B包含四通道限幅放大器，并带有时钟恢复电路CDR，单通道最高速率可达28Gb/S。
S2、然后在发射端采样的四路数据信号通过光模块的四路数据口输入到四通道激光驱动器，四通道激光驱动器同时调制驱动四路激光器芯片发光，每一路激光器芯片通过透镜、隔离器将光信号耦合到最佳状态，并通过光纤传输到远端的信号处理机，从而实现电光转换，在接收端，光纤中的光信号通过光分波器(DEMUX)按波长不同被分成四路独立的光信号，四路光信号分别通过四路激光接收器将光信号转换成流电信号，四路电流信号通过四通道限幅放大器转换成四路电压信号，实现光电转换。
S3、最后在光学组件完成后进行三温测试，筛选出三温性能不合格产品，然后将光学组件与PCB主板通过粘胶的方式进行精密机械固定，固定完成后将激光器芯片与PCBbonding焊盘通过打线机自动打线来完成电气连接，严格按照QSFP28多元协议标准的外形尺寸、装配方式、螺丝牙螺距设计外壳，保证兼容性设计，内部设计支架结构固定电路板及发光组件，保证装配稳定，散热通路热阻设计合理。
本实施例中：四路激光器芯片直接进行采用光路耦合的方式实时连接。
本实施例中：金属块与PCB主板采用黑胶进行精密机械固定，且激光器芯片与PCBbonding焊盘由金线完成连接，CWDM4激光驱动器的高速信号传输到PCB主板的板边焊盘，通过金丝bonding打线连接高速信号到激光器，打线长度可以控制在350微米，传输线总长控制在几毫米内，大大改善了信号完整性；激光器直接贴片在金属热沉上，热容大、均热性能好，模块的整体散热性能好，高温性能提高；耦合透镜、隔离器和光波合路器集成在热沉上，一次装夹，提高生产效率。
本实施例中：本光引擎所采用的是十万兆速率模块，其传输总容量能够达到每秒100Gbit。
实施例二：
与实施例一不同的是，本实施例的一种单模并行多通道光引擎设计方法，其设计方法包括以下步骤：
S1、首先在金属块上完成四通道光学组件的设计，然后将金属块与PCB主板进行固定，最后通过软板完成电气连接，将四路TOSA通过热沉贴在金属块上，四路TOSA由探针台提供偏置电流Ibias，驱动TOSA发光，四路光信号分别通过四路隔离器、四路透镜对光信号进行耦合，最后通过光合波器(MUX)将四路不同波长光信号汇集在一起，完成四通道光学组件的设计。
S2、然后在发射端采样的四路数据信号通过光模块的四路数据口输入到四通道TOSA驱动器，四通道TOSA驱动器同时调制驱动四路TOSA发光，并通过光纤传输到远端的信号处理机，从而实现电光转换，在接收端，光纤中的光信号通过光分波器(DEMUX)按波长不同被分成四路独立的光信号，四路光信号分别通过四路TOSA接收器将光信号转换成流电信号，四路电流信号通过四通道限幅放大器转换成四路电压信号，实现光电转换。
S3、最后在光学组件完成后进行三温测试，筛选出三温性能不合格产品，然后将光学组件与PCB主板通过软板进行连接固定，固定完成后将TOSA与PCB bonding通过软板来完成电气连接。
本实施例中：光组件采用四只TOSA密封结构。
本实施例中：TOSA与PCB主板之间的电气连接通过软板连接。
本实施例中：本光引擎所采用的是十万兆速率模块，其传输总容量能够达到每秒100Gbit。
综上：本实施例一相比与实施例二能够在光学组件制造阶段就完成了不良品的筛选，可有效提高光引擎的成品率，激光器芯片产生的热量直接由金属块传导到外壳上，保证了良好散热，激光器芯片与PCB bonding焊盘之间由打线机自动打线来完成电气连接，保证了信号的完整性和模块成品率，同时该方法省去了四个TOSA，也减低了制作成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种单模并行多通道光引擎设计方法，其特征在于：其设计方法包括以下步骤：
S1、首先在金属块上完成四通道光学组件的设计，然后将金属块与PCB主板进行机械固定，最后通过打线完成电气连接，直接将四路激光器芯片通过热沉贴在金属块上，四路激光器芯片由探针台提供偏置电流Ibias，驱动激光器芯片发光，四路光信号分别通过四路隔离器、四路透镜对光信号进行耦合，最后通过光合波器将四路不同波长光信号汇集在一起，完成四通道光学组件的设计；
S2、然后在发射端采样的四路数据信号通过光模块的四路数据口输入到四通道激光驱动器，四通道激光驱动器同时调制驱动四路激光器芯片发光，每一路激光器芯片通过透镜、隔离器将光信号耦合到最佳状态，并通过光纤传输到远端的信号处理机，从而实现电光转换，在接收端，光纤中的光信号通过光分波器(DEMUX)按波长不同被分成四路独立的光信号，四路光信号分别通过四路激光接收器将光信号转换成流电信号，四路电流信号通过四通道限幅放大器转换成四路电压信号，实现光电转换；
S3、最后在光学组件完成后进行三温测试，筛选出三温性能不合格产品，然后将光学组件与PCB主板通过粘胶的方式进行精密机械固定，固定完成后将激光器芯片与PCB bonding焊盘通过打线机自动打线来完成电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种单模并行多通道光引擎设计方法，其特征在于：所述四路激光器芯片直接进行采用光路耦合的方式实时连接。
3.根据权利要求1所述的一种单模并行多通道光引擎设计方法，其特征在于：所述金属块与PCB主板采用黑胶进行精密机械固定，且激光器芯片与PCB bonding焊盘由金线完成连接。
4.根据权利要求1所述的一种单模并行多通道光引擎设计方法，其特征在于：所述本光引擎所采用的是十万兆速率模块，其传输总容量能够达到每秒100Gbit。
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