CN114520691A - 一种光模块 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光模块，光接收次模块内设置有光电探测器和跨阻放大器。光电探测器，输出端与跨阻放大器的输入端连接。电路板上设置有MCU和限幅放大器。MCU，第一输入端与限幅放大器的第一输出端连接，用于检测限幅放大器的第一输出端输出的SD信号，第二输出端与限幅放大器的第一输入端连接，用于根据SD信号的检测结果输出对应的控制信号。限幅放大器，用于根据控制信号调整SD门限，第二输入端与跨阻放大器的输出端电连接。本申请，MCU根据SD信号输出控制信号，限幅放大器根据控制信号调整SD门限，使得光模块输出的SD信号保持为低电平，光模块正常，使得OLT光模块不易被误触发，提高OLT光模块的稳定性。

Description

一种光模块
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。
背景技术
在实际GPON(Gigabit-Capable Passive Optical Networks，具有千兆位功能的无源光网络)中，ONU(OpticalNetworkUnit，光网络单元)为突发发射，OLT(Optical LineTerminal，光线路终端)光模块对接收的ONU突发光信号进行光电转换、放大并输出SD信号给系统的MCU指示接收到的突发光信号。但是因突发接收的SD信号需要快速响应(约几十ns)，且OLT系统上的电路功能单元较多以及设计趋于小型化和高集成，会导致OLT系统的不同功能单元之间的噪声相互干扰。
而OLT光模块在器件级测试SD信号指示稳定，但是被插入到OLT系统，因为系统其它电路功能单元的噪声通过电源、地干扰以及空间耦合，导致OLT光模块极易被误触发，使得OLT系统无法准确进行处理，致使OLT与ONU无法正常注册。
发明内容
本申请提供了一种光模块，使得OLT光模块不易被误触发，提高OLT光模块的稳定性。
一种光模块，包括：
电路板；
光接收次模块，与电路板电连接；
光接收次模块，内设置有光电探测器和跨阻放大器；
光电探测器，输出端与跨阻放大器的输入端电连接，用于将接收到的光信号转换为电流信号；
跨阻放大器，用于将电流信号转换为电压信号；
电路板上设置有MCU和限幅放大器；
MCU，第一输入端与限幅放大器的第一输出端电连接，用于检测限幅放大器的第一输出端输出的SD信号，第二输出端与限幅放大器的第一输入端电连接，用于根据SD信号的检测结果输出对应的控制信号；
限幅放大器，用于根据控制信号调整SD门限，第二输入端与跨阻放大器的输出端电连接，用于获取跨阻放大器输出的电压信号。
有益效果：本申请提供了一种光模块，包括电路板和与电路板电连接的光接收次模块。光接收次模块内设置有光电探测器和跨阻放大器。光电探测器，输出端与跨阻放大器的输入端电连接，用于将接收到的光信号转换为电流信号。跨阻放大器用于将电流信号转换为电压信号。电路板上设置有MCU和限幅放大器。MCU，第一输入端与限幅放大器的第一输出端电连接，用于检测限幅放大器的第一输出端输出的SD信号，第二输出端与限幅放大器的第一输入端电连接，用于根据SD信号的检测结果输出对应的控制信号。限幅放大器，用于根据控制信号调整SD门限，第二输入端与跨阻放大器的输出端电连接，用于获取跨阻放大器输出的电压信号。光模块上电过程，光模块的光电探测器未处于高压反偏状态，即光电探测器未处于正常工作状态，则光电探测器既不能接收光信号，也不能将光信号转换为电流信号。也说明了光模块上电过程，光电探测器接收不到光信号，限幅放大器输出的SD信号为低电平。当光电探测器被误触发时，即光电探测器接收到光信号，且跨阻放大器输出的电压信号大于SD门限时，限幅放大器输出的SD信号为高电平，MCU输出控制信号以提高SD门限。当光模块受外界影响被触发时，光电探测器接收到光信号，且跨阻放大器输出的电压信号高于原有的SD门限，限幅放大器根据原有的SD门限输出高电平。MCU根据高电平输出控制信号，限幅放大器根据控制信号形成新的SD门限，新的SD门限高于原有的SD门限。此时，跨阻放大器输出的电压信号低于新的SD门限，限幅放大器输出的SD信号为低电平，光模块处于正常状态，减少了由于外界造成的跨阻放大器输出的电压信号较高指示光模块异常的几率，使得OLT输出SD信号在接收无光的条件下不易被误触发，进而使得OLT系统可以准确处理。本申请，MCU根据限幅放大器输出的SD信号输出控制信号，限幅放大器根据控制信号调整SD门限，使得光模块受外界影响时输出的SD信号保持为低电平，光模块正常，使得OLT光模块不易被误触发，提高OLT光模块的稳定性。
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为光通信终端电连接关系示意图；
图2为光网络终端结构示意图；
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光收发次模块与电路板的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的电路原理图。
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电连接，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电连接，主要的电电连接包括供电、I2C信号、数据信号以及接地等；光模块通过光接口实现与外部光纤的光电连接，外部光纤的电连接方式有多种，衍生出多种光纤电连接器类型；在电接口处使用金手指实现电电连接，已经成为光模块行业在的主流电连接方式，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；采用光接口与光纤电连接器实现的光电连接方式已经成为光模块行业的主流电连接方式，以此为基础，光纤电连接器也形成了多种行业标准，如LC接口、SC接口、MPO接口等，光模块的光接口也针对光纤电连接器做了适配性的结构设计，在光接口处设置的光纤适配器因此具有多种类型。
图1为光通信终端电连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的电连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互电连接；
光纤101的一端电连接远端服务器，网线103的一端电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电连接由光纤101与网线103的电连接完成；而光纤101与网线103之间的电连接由具有光模块200的光网络终端100完成。
光模块200的光接口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号电连接；光模块200的电接口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号电连接；在光模块内部实现光信号与电信号的双向相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息电连接；具体地，来自光纤101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101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建立双向的电信号电连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号电连接(一般为以太网协议的电信号，与光模块使用的电信号属于不同的协议/类型)；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立电连接，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。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，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。
常见的本地信息处理设备包括路由器、家用交换机、电子计算机等；常见的光网络终端包括光网络单元ONU、光线路终端OLT、数据中心服务器、数据中心交换机等。
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内部设置有电电连接器，用于接入光模块的电接口(如金手指等)；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，光模块的电接口插入笼子106内部的电电连接器，光模块的光接口与光纤101电连接。
笼子106位于电路板上，将电路板上的电电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电电连接器；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。如图3、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、解锁部件203、电路板300及光收发次模块400；
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位于光模块同一端的两处开口(204、205)，也可以是在光模块不同端的两处开口；其中一个开口为电接口204，电路板的金手指从电接口204伸出，插入光网络终端等上位机中；另一个开口为光接口205，用于与外部光纤电连接器(外部光纤)电连接；电路板300、光发射次模块301及光收发次模块400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300、光收发次模块400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部件，一体化的壳体不利于壳体内部器件的装配。
解锁部件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电连接，或解除光模块与上位机之间的固定电连接。
解锁部件203具有与上位机笼子匹配的卡合部件；拉动解锁部件的末端可以在使解锁部件在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁部件的卡合部件将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁部件，解锁部件的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的电连接关系，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300，位于由上、壳体形成包裹腔体中，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MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。
电路板300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300一般为硬性电路板，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；当光收发器件位于电路板上时，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。
电路板300端部表面具有金手指，金手指由相互独立的一根根引脚组成的，电路板插入笼子中的电电连接器中，由金手指与电电连接器中的卡接弹片导通电连接；可以仅在电路板的一侧表面设置金手指，考虑到引脚数量需求较大，一般会在在电路板上下表面均设置金手指；金手指用于与上位机建立电电连接，具体的电电连接可以是供电、接地、I2C信号、通信数据信号等。
光收发次模块400，位于由上、下壳体形成包裹腔体中，包括圆方管体401、光发射次模块402、光接收次模块403和光学组件。具体的，
圆方管体401用于承载固定光发射次模块402、光接收次模块403和光学组件。圆方管体401一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热。圆方管体401上设置第一管口、第二管口和第三管口。通常，第一管口和第二管口分别设置在圆方管体401上相邻的侧壁上。优选的，第一管口设置在圆方管体401长度方向的侧壁上，第二管口和第三管口设置在圆方管体401宽度方向的侧壁上。
两个光发射次模块402分别镶嵌入第一管口和第二管口，通过第一管口和第二管口，光发射次模块402导热接触圆方管体401；光接收次模块403镶嵌入第三管口，通过第三管口导热接触圆方管体401。可选的，光发射次模块402和光接收次模块403直接压配到圆方管体401中，圆方管体401分别与光发射次模块402和光接收次模块403直接或通过导热介质接触。如此圆方管体401可用于光发射次模块402和光接收次模块403的散热，保证光发射次模块402和光接收次模块403的散热效果。
光发射次模块402与电路板300通过柔性电路板连接。
光接收次模块403与电路板300通过柔性电路板连接。
光学组件设置于圆方管体401的内腔，光学组件用于调整光发射次模块402发射的激光以及调整入射至光接收次模块403的激光。光学组件通常包括光学透镜(如光准直透镜、光耦合透镜)、合波器/分波器等，用于准直光路和调整光路，优化光纤耦合状态，提高耦合效率。
图5为本申请实施例提供的光收发次模块与电路板的结构示意图。图6为本申请实施例提供的电路原理图。如图5-6所示，本申请实施例中，光接收次模块403内设置有光电探测器4031和跨阻放大器4032，电路板300上设置有MCU301、限幅放大器302和供电电路303。
具体的，
光电探测器4031，输出端与跨阻放大器4032的输入端电连接，用于将接收到的光信号转换为电流信号。具体的，光电探测器4031为雪崩二极管APD。雪崩二极管APD正常工作时，将接收到的光信号转换为电流信号。
跨阻放大器(TIA)4032，用于将电流信号转换为电压信号。具体的，跨阻放大器4032包括运算放大器。光电探测器4031输出的电流信号经运算放大器反向输入端输入，在运算放大器的作用下，将电流信号转换为电压信号。
MCU301，第一输入端与限幅放大器302的第一输出端电连接，用于检测限幅放大器302的第一输出端输出的SD信号，第二输出端与限幅放大器302的第一输入端电连接，用于根据SD信号的检测结果输出对应的控制信号。具体的，当检测到限幅放大器302的第一输出端输出的SD信号为低电平时，说明光模块正常工作，MCU301不需要输出控制信号。当检测到限幅放大器302的第一输出端输出的SD信号为高电平，说明光模块受外界影响，MCU301向限幅放大器302输出提高SD门限的控制信号以提高SD门限。
MCU301还用于在光模块上电过程中通过控制供电电路303关闭，停止给光电探测器4031供电。具体的，光模块上电MCU301完成初始化后，MCU301的第一输出端输出高电平，关闭供电电路303，光模块的光电探测器4031未处于高压反偏状态，此时光电探测器4031无法正常工作。光电探测器4031无法正常工作，指的是光电探测器4031即不能接收到光信号，也不能将光信号转换为电流信号。
其中，光模块上电过程为光模块插入上位机中。此时，上位机并未给光模块供电，光模块的光电探测器无法正常工作。
当光电探测器4031被误触发，光电探测器4031接收到光信号，且跨阻放大器4032输出的电压信号大于SD门限时，限幅放大器302输出的SD信号为高电平，MCU301向限幅放大器302输出提高SD门限的控制信号以提高SD门限。
MCU301还用于在SD门限调整稳定后通过控制供电电路303开启，给光电探测器4031供电。具体的，MCU301检测到SD信号始终保持为低电平时，将MCU301的第一输出端输出低电平，开启供电电路303使得光模块的光电探测器4031处于高压反偏状态，此时光电探测器4031正常工作。
MCU301还用于在光模块上电结束后通过控制供电电路303开启，给光电探测器4031供电。具体的，光模块上电结束后，将MCU301的第一输出端输出低电平，开启供电电路303使得光模块的光电探测器4031处于高压反偏状态，此时光电探测器4031正常工作。
限幅放大器(LA)302，用于根据控制信号调整SD门限，第二输入端与跨阻放大器4032的输出端电连接，用于获取跨阻放大器输出的电压信号，第一输出端还与系统的MCU电连接。当光模块受外界影响被触发时，跨阻放大器4032输出的电压信号高于原有的SD门限，限幅放大器302根据原有的SD门限输出高电平。MCU301根据高电平输出提高SD门限的控制信号，限幅放大器302根据该控制信号形成新的SD门限，新的SD门限高于原有的SD门限。此时，跨阻放大器4032输出的电压信号低于新的SD门限，限幅放大器302输出的SD信号为低电平。由于限幅放大器302输出的SD信号也输给系统的MCU，系统的MCU指示光模块正常，使得OLT光模块不易被误触发，提高OLT光模块的稳定性。
由于雪崩二极管APD处于高压反偏状态时方能正常工作。为了让雪崩二极管APD正常工作，固在电路板300上设置有供电电路303。
供电电路303，输入端与MCU301的第一输出端电连接，输出端与光电探测器4031的输入端电连接，用于为光电探测器4031供电，以使得光电探测器4031正常工作。
除了包括上述部件外，电路板300上还包括第一电容304、第二电容305、第一电阻306和第二电阻307。具体的，
第一电容304，输入端与跨阻放大器4032的输出端的第一输出引脚电连接，输出端与限幅放大器302的第二输入端的第一输入引脚电连接。
第二电容305，输入端与跨阻放大器4032的输出端的第二输出引脚电连接，输出端与限幅放大器302的第二输入端的第二输入引脚电连接。
第一电阻306，输入端与第一电容304的输出端电连接，输出端与限幅放大器302的第三输入端电连接。
第二电阻307，输入端与第二电容305的输出端电连接，输出端与限幅放大器302的第三输入端电连接。其中，限幅放大器302的第三输入端为参考电压引脚Vref。
本申请提供了一种光模块，包括电路板和与电路板电连接的光接收次模块。光接收次模块内设置有光电探测器和跨阻放大器。光电探测器，输出端与跨阻放大器的输入端电连接，用于将接收到的光信号转换为电流信号。跨阻放大器用于将电流信号转换为电压信号。电路板上设置有MCU和限幅放大器。MCU，第一输入端与限幅放大器的第一输出端电连接，用于检测限幅放大器的第一输出端输出的SD信号，第二输出端与限幅放大器的第一输入端电连接，用于根据SD信号的检测结果输出对应的控制信号。限幅放大器，用于根据控制信号调整SD门限，第二输入端与跨阻放大器的输出端电连接，用于获取跨阻放大器输出的电压信号。光模块上电过程，光模块的光电探测器未处于高压反偏状态，即光电探测器未处于工作状态。也说明了光模块上电过程，光电探测器接收不到光信号，限幅放大器输出的SD信号为低电平。当光电探测器被误触发时，即光电探测器接收到光信号且跨阻放大器输出的电压信号大于SD门限时，限幅放大器输出的SD信号为高电平，MCU输出控制信号以提高SD门限。当光模块受外界影响被触发时，跨阻放大器输出的电压信号高于原有的SD门限，限幅放大器根据原有的SD门限输出高电平。MCU根据高电平输出控制信号，限幅放大器根据控制信号形成新的SD门限，新的SD门限高于原有的SD门限。此时，跨阻放大器输出的电压信号低于新的SD门限，限幅放大器输出的SD信号为低电平，光模块处于正常状态，减少了由于外界造成的跨阻放大器输出的电压信号较高指示光模块异常的几率，使得OLT输出SD信号在接收无光的条件下不易被误触发，进而使得OLT系统可以准确处理。本申请，MCU根据限幅放大器输出的SD信号输出控制信号，限幅放大器根据控制信号调整SD门限，使得光模块受外界影响时输出的SD信号保持为低电平，光模块正常，使得OLT光模块不易被误触发，提高OLT光模块的稳定性。
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 (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括：
电路板；
光接收次模块，与所述电路板电连接；
所述光接收次模块，内设置有光电探测器和跨阻放大器；
所述光电探测器，输出端与所述跨阻放大器的输入端电连接，用于将接收到的光信号转换为电流信号；
所述跨阻放大器，用于将所述电流信号转换为电压信号；
所述电路板上设置有MCU和限幅放大器；
所述MCU，第一输入端与所述限幅放大器的第一输出端电连接，用于检测所述限幅放大器的第一输出端输出的SD信号，第二输出端与所述限幅放大器的第一输入端电连接，用于根据所述SD信号的检测结果输出对应的控制信号；
所述限幅放大器，用于根据所述控制信号调整SD门限，第二输入端与所述跨阻放大器的输出端电连接，用于获取所述跨阻放大器输出的电压信号。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述MCU用于当所述SD信号为高电平，向所述限幅放大器输出提高SD门限的控制信号。
3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括供电电路；
所述供电电路，设置于所述电路板上，输入端与所述MCU的第一输出端电连接，输出端与所述光电探测器的输入端电连接，用于为所述光电探测器供电，以使得所述光电探测器正常工作。
4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述MCU还用于在光模块上电过程中通过控制所述供电电路关闭，停止给所述光电探测器供电。
5.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述MCU还用于在光模块上电结束后通过控制所述供电电路开启，给所述光电探测器供电。
6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括第一电容和第二电容；
所述第一电容，输入端与所述跨阻放大器的输出端的第一输出引脚电连接，输出端与所述限幅放大器的第二输入端的第一输入引脚电连接；
所述第二电容，输入端与所述跨阻放大器的输出端的第二输出引脚电连接，输出端与所述限幅放大器的第二输入端的第二输入引脚。
7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻，输入端与所述第一电容的输出端电连接，输出端与所述限幅放大器的第三输入端电连接；
所述第二电阻，输入端与所述第二电容的输出端电连接，输出端与所述限幅放大器的第三输入端电连接。
8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光电探测器为雪崩二极管。
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