CN113472446A - 一种带操作维护管理的中等波分光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信技术领域，为一种带操作维护管理的中等波分光模块，包括光发射组件、光接收组件及激光驱动电路，光模块还包括微控制器、发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路；发射时钟恢复电路将主板的调制信号转换成调制电流输入激光器，微控制器发出调顶信号并经过运算放大电路后加载于驱动信号上得到带有调顶信号的调制光信号；光接收组件接收调制光信号，输出电信号一部分通过高带宽跨阻放大电路进行调制信号放大再输出至接收时钟恢复电路以进行时钟恢复，一部分通过低带宽电路滤波输出调顶信号至运算放大电路和微控制器进行调顶信号解调。该带OAM功能的中等波分光模块电路结构简单，低功耗、小封装、24.33～25.78125Gbps传输速率、低成本、高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种带操作维护管理的中等波分光模块。
背景技术
目前无线接入4G网络的连接以人与人之间的互连为主，但随着穿戴式设备、智能家居、车联网、物联网、自动驾驶、高清视频等大规模商用，将带来大量人与物、物与物的连接，从而形成更广阔和开放的物联网世界。为满足日益增长的带宽需求和人们的生活方式，更高的连接带宽需求被提出。随着光通信行业的发展，对SFP(Small Form-factorPluggables，小型热插拔)类的产品需求是越来越多，SFP光模块是符合MSA协议定义的小型可热插拔光模块，它在光通信系统中提供双向数据传输的功能，5G对于光模块解决方案，需求速率需要达到25G，采用SFP28小型化封装，满足工业级应用，传输距离100m(多模)～10km(单模2～10km)。
目前随着5G的商用，半有源波分复用方案完全满足5G前传的总体原则，推荐为主要的5G前传方案。但是由于前传光纤资源不足，基站数量庞大，成本敏感度高等因素，光纤不足的区域引用彩光(即WDM波分复用)技术，WDM的优点在于从基站到局端，只需升级终端设备，不需要埋设更多的光纤而增加不必要的成本，目前彩光方案除了有CWDM粗波分方案，还有DWDM密集波分方案和LWDM细波分方案以及MWDM中等波分复用方案，其中部分方案有一定的缺陷，如下所示；
(1)CWDM方案：后6波(1470nm～1570nm)色散代价太大，需要采用EML激光器或者APD探测器来保证相同的链路功率预算，在12波的应用需求时，成本控制难度较大。
(2)LWDM方案：复用的4个波长(1269.23nm，1332.41nm，1313.73nm，1291.10nm)产业链不够成熟，方案实行有困难。
(3)DWDM方案：这种方案有两种实现手段，一种为波长可调谐光模块，一款光模块可以满足所有应用场景的需求，但是可调谐光模块成本太高，推广应用较难，另外一种为固定波长的光模块，但是由于波长处于色散代价较高的区域，激光器只能使用EML方案，成本太高。
发明内容
本发明提供了一种带操作维护管理的中等波分光模块，解决了以上所述的5G前传的半有源波分复用方案实现难且成本高的技术问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种带操作维护管理的中等波分光模块，包括光发射组件、光接收组件及激光驱动电路，所述光模块还包括微控制器、发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路；
所述发射时钟恢复电路输出信号经过激光驱动电路得到用于驱动所述光发射组件的驱动信号，所述微控制器发出调顶信号并经过运算放大电路后加载于所述驱动信号上得到带调顶信号的调制光信号；
所述光接收组件接收所述调制光信号，输出电信号一部分通过高带宽跨阻放大电路进行调制信号放大再输出至接收时钟恢复电路以进行时钟恢复，一部分通过低带宽电路滤波输出调顶信号至运算放大电路和微控制器进行调顶信号解调。
优选地，所述激光驱动电路、所述发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路均集成于MAX24033芯片内。
优选地，所述光发射组件包括25G激光器，所述光接收组件包括跨阻放大电路(TIA)和25G光探测器；
所述接收时钟恢复电路、跨阻放大电路及25G光探测器依次电连接；
所述发射时钟恢复电路、激光器驱动电路及25G激光器依次电连接。
优选地，所述激光驱动电路与所述25G激光器之间采用直流耦合方式连接，且所述激光驱动电路设置于所述25G激光器外部。
优选地，所述发射时钟恢复电路输出信号经过激光驱动电路后驱动25G激光器发光，通过微控制器的DAC口输出调顶信号的电压波形，经过电流转换器后，将所述电流信号加载在激光驱动电路的电流信号上，从而使25G激光器输出带有调顶信号的调制光信号。
优选地，所述调制光信号速率为24.33～25.78125Gbps。
优选地，所述25G光探测器接收所述调制光信号，输出电信号到跨阻放大电路进行信号放大再输出至接收时钟恢复电路，以进行时钟恢复及数据整形后输出24.33～25.78125G的电信号。
优选地，所述光模块还包括半导体制冷器(TEC)控制电路，所述微控制器控制所述半导体制冷器(TEC)控制电路对所述光发射组件制冷或加热，使其温度稳定在固定值。
优选地，所述光模块还包括运算放大电路，所述光接收组件输出调顶信号至所述运算放大电路并经过所述微控制器以对调顶信号解调。
优选地，所述调顶信号经过所述光接收组件并经过运算放大电路后对调顶信号解调。
有益效果：本发明提供了一种带操作维护管理的中等波分光模块，包括光发射组件、光接收组件及激光驱动电路，所述光模块还包括微控制器、发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路；所述发射时钟恢复电路输出信号经过激光驱动电路得到用于驱动所述光发射组件的驱动信号，所述微控制器发出调顶信号并经过电流转换器后加载于所述驱动信号上得到带调顶信号的调制光信号；所述光接收组件接收所述调制光信号，输出电信号一部分通过高带宽跨阻放大电路进行调制信号放大再输出至接收时钟恢复电路以进行时钟恢复，一部分通过低带宽电路滤波输出调顶信号至运算放大电路和微控制器进行调顶信号解调。该带OAM功能的中等波分光模块电路结构简单，低功耗、小封装、24.33～25.78125Gbps传输速率、低成本、高可靠性。既重用了CWDM的产业链，也能满足前传10KM的距离需求，同时也节约了大量的光纤资源。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明带操作维护管理的中等波分光模块的功能模块原理图；
图2为本发明带操作维护管理的中等波分光模块的测试环境的搭建图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明提供了一种带操作维护管理的中等波分光模块，包括光发射组件、光接收组件及激光驱动电路，所述光模块还包括微控制器、发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路；所述发射时钟恢复电路输出信号经过激光驱动电路得到用于驱动所述光发射组件的驱动信号，所述微控制器发出调顶信号并经过运算放大电路后加载于所述驱动信号上得到带调顶信号的调制光信号；所述光接收组件接收所述调制光信号，输出电信号一部分通过高带宽跨阻放大电路进行调制信号放大再输出至接收时钟恢复电路以进行时钟恢复，一部分通过低带宽电路滤波输出调顶信号至运算放大电路和微控制器进行调顶信号解调。该带OAM功能的中等波分光模块电路结构，低功耗、小封装、24.33～25.78125Gbps传输速率、低成本、高可靠性。既重用了CWDM的产业链，也能满足前传10KM的距离需求，同时也节约了大量的光纤资源。
其中，发射时钟恢复电路将主板的调制信号转换成调制电流输入激光器，该调制电流即为驱动信号。微控制器发出调顶信号并经过运算放大电路后加载于驱动信号上得到带有调顶信号的调制光信号。在接收端，光接收组件输出调顶信号经过运算放大电路并经微控制器以对调顶信号解调。
其中，激光驱动电路与所述发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路均集成于MAX24033芯片内。光发射组件包括25G激光器，所述光接收组件包括跨阻放大电路(TIA)和25G光探测器。接收时钟恢复电路、跨阻放大电路及25G光探测器依次电连接；所述发射时钟恢复电路、激光器驱动电路及25G激光器依次电连接。
在一个具体的案例中，光模块包括电接口电路，与电接口电路连接的为驱动集成电路，驱动集成电路分别连接25G激光器和25G光探测器；驱动集成电路包括接收时钟恢复电路、发射时钟恢复电路以及25G激光器的驱动电路。跨阻放大电路在接收组件内部，有益于快速的对25G光探测器信号进行放大，避免两者之间走线过长，电路产生的噪声对信号的处理造成影响，提升光信号的输出质量，接收组件通过柔性PCB板与接收时钟恢复电路连接，可以保持较好的信号完整性。激光驱动电路在发射组件外部，如此设计，既可以减少激光器的功耗，也保证了光芯片优良的热性能。
如图2所示，搭建光模块测试环境，业务OK的目的包括：1，业务对调顶信号影响，模拟现网环境；2，实现调顶功能时必须保证业务不受影响。具体测试判断原理如下：
1、DUT1和DUT2(两个光模块)都能正常收发调顶信息，业务即OK；
2、通过上位机2，改写报警阈值(功率、电压及温度)，控制小型断路器(MCB)让DUT2产生相应的告警；
3、通过上位机1，读取DUT1是否接收到DUT2发送过来的告警信息，如果接收到则进行下一步测试；
4、通过上位机2，改写报警阈值(功率、电压及温度)，控制小型断路器(MCB)让DUT2取消相应的告警；
5、通过上位机1，读取DUT1是否接收到DUT2发送过来的告警解除信息，如果接收到则主动上报功能OK。
优选的方案，所述电接口电路为标准的SFI接口，所述电信号经过电接口电路输入到发射时钟恢复电路，再由激光驱动电路经柔性PCB将放大后的信号输出到25G激光器；所述接收组件接收到带有调顶信号的调制光信号，通过PD将光信号转化成微弱的电信号，微弱电信号经过跨阻放大器(TIA)将电信号放大，此种将TIA集成在接收组件内部的设计，可以有效的避开其它电路的噪声对接收信号的影响，经过TIA放大的电信号经柔性PCB传输到限幅放大电路，再由接收时钟恢复电路输出到电接口电路。其中限幅放大电路集成于MAX24033内部，可以保持较好的信号完整性。
优选的方案，所述25G光探测器接收到光信号，输出微弱的电信号到跨阻放大电路进行信号放大再输出，接收时钟恢复电路对输入信号进行时钟恢复，进行数据整形，输出24.33～25.78125G的电信号。所述调顶信号通过MCU(微控制器)的DAC产生电压信号，这个电压的大小以及频率都能通过MCU的DAC口调节，经过所述电流转换器转换成电流信号加载于激光器的阴极，从而使25G激光器输出带有调顶信号的调制光信号，所述光信号速率为24.33～25.78125Gbps，接收组件在接收到调顶信号时，会通过电容过滤掉直流信号，最大限度的保留调顶信号，在对接收调顶信号进行判决时，可以通过MCU来实现，简单高效。
优选的方案，激光驱动电路连接有电源管理电路，电源管理电路包括DC-DC升压电路。DC-DC升压电路将3.3V升压到3.9V，对激光驱动电路供电。其他电路的电源电压可以使用3.3V，电源结构简单，可以减少BOM成本。
优选的方案，激光器驱动电路与激光器之间通过直流耦合，这样可以兼容多速率，元件数量更少，功耗低，易于匹配。
采用带OAM功能的中等波分模块具有如下优点或有益效果：
(1)从模块应用场景来看，MWDM方案收发端分别使用PIN探测器和半导体制冷技术(TEC)的DML激光器，与CWDM相比，在后E波段(1371～1451nm)上，由于CWDM方案的色散较大，所以只能采用EML激光器或者APD探测器来保证相同的链路预算，因此在面临12波的应用需求时，有成本上的优势；与DWDM相比，由于波长可调谐光模块的成本太高，而固定波长光模块的方案支持48/96波，在整体运行维护上太复杂，而且由于DWDM波长处于色散代价较高的区域，激光器只能使用EML激光器，从成本上来看，MWDM也具有优势；与LWDM相比，由于12个波长色散代价很小，采用PIN探测器接收就能很好地解决10KM的传输，但是目前LWDM方案目前只有8个波长较为成熟，其他4个波长产业链不是很成熟，实现起来有困难，如下表1所示为几种方案的对比。
表1
(2)从OAM(操作维护管理)功能上来看，可以实现远端可管理的功能，为传输网络与无线AAU的互通提供透明的管控通道，DU端半有源设备可实时监控远端设备，极大的减小了后续的维护成本。
(3)从模块器件选型上来看，中等波分复用方案既重用了CWDM的产业链，也能满足5G前传10KM的距离需求，使用APD方案还可以达到40KM距离的需求，色散代价都在可接受的范围内，部分波长为负色散；通过半导体制冷技术(TEC)，可以控制模块波长在-40℃～+85℃的工业级温度范围内，波长漂移不超过1nm，可靠性要求高。微控制器控制所述半导体制冷器(TEC)控制电路对所述光发射组件制冷或加热，使其温度稳定在固定值。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应用于5G前传的半有源波分复用方案MWDM技术光模块，应当指出的是带OAM(操作维护管理)功能的中等波分光模块电路结构，可以实现的功能，对于光模块MWDM应用激光器TO半导体制冷技术和控制电路原理受本专利保护，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带操作维护管理的中等波分光模块，包括光发射组件、光接收组件及激光驱动电路，其特征在于，所述光模块还包括微控制器、发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路；
所述发射时钟恢复电路输出信号经过激光驱动电路得到用于驱动所述光发射组件的驱动信号，所述微控制器发出调顶信号并经过运算放大电路后加载于所述驱动信号上得到带调顶信号的调制光信号；
所述光接收组件接收所述调制光信号，输出电信号一部分通过高带宽跨阻放大电路进行调制信号放大再输出至接收时钟恢复电路以进行时钟恢复，一部分通过低带宽电路滤波输出调顶信号至运算放大电路和微控制器进行调顶信号解调。
2.根据权利要求1所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述激光驱动电路、所述发射时钟恢复电路及接收时钟恢复电路均集成于MAX24033芯片内。
3.根据权利要求1所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述光发射组件包括25G激光器，所述光接收组件包括跨阻放大电路(TIA)和25G光探测器；
所述接收时钟恢复电路、跨阻放大电路及25G光探测器依次电连接；
所述发射时钟恢复电路、激光器驱动电路及25G激光器依次电连接。
4.根据权利要求3所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述激光驱动电路与所述25G激光器之间采用直流耦合方式连接，且所述激光驱动电路设置于所述25G激光器外部。
5.根据权利要求3所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述发射时钟恢复电路输出信号经过激光驱动电路后驱动25G激光器发光，通过微控制器的DAC口输出调顶信号的电压波形，经过电流转换器后，将所述电流信号加载在激光驱动电路的电流信号上，从而使25G激光器输出带有调顶信号的调制光信号。
6.根据权利要求5所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述调制光信号速率为24.33～25.78125Gbps。
7.根据权利要求6所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述25G光探测器接收所述调制光信号，输出电信号到跨阻放大电路进行信号放大再输出至接收时钟恢复电路，以进行时钟恢复及数据整形后输出24.33～25.78125G的电信号。
8.根据权利要求1所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述光模块还包括半导体制冷器(TEC)控制电路，所述微控制器控制所述半导体制冷器(TEC)控制电路对所述光发射组件制冷或加热，使其温度稳定在固定值。
9.根据权利要求1所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述光模块还包括运算放大电路，所述光接收组件输出调顶信号至所述运算放大电路并经过所述微控制器以对调顶信号解调。
10.根据权利要求9所述的带操作维护管理的中等波分光模块，其特征在于，所述调顶信号经过所述光接收组件并经过运算放大电路后对调顶信号解调。
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