CN114667051A - 抗干扰光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种抗干扰光模块，包括电磁屏蔽罩、散热器、金手指、铜轴头、MCU、DC/DC稳压电路、APD升压电路、LA/LDD二合一芯片、射频放大芯片、AGC电路及三向光学子集成组件；优点为：该模块基于XGSPON系统，可实现XGSPON信号传输和视频信号传输，同时采用金手指作为电连接器，能支持热插拔；通过设置电磁屏蔽罩，并配合三向器件和铜轴头在PCBA板上表面形成一个封闭空间，把模块的视频信号输送部分放在该空间内，避免信号干扰；选用LDD/LA二合一芯片，有助于完善电路结构布局，实现模块小体积和低成本的最优结构。

Description

抗干扰光模块
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种抗干扰光模块。
背景技术
如图1所示，目前市场上主要采用基于GPON（千兆无源光网络）传输系统的射频传输方案：上端采用OLT（光线路终端）光模块，用波分复用器（WDM1r）将视频信号和GPON信号合并后通过光纤传输，下端采用GPON ONU Treplexer模块（GPON ONU三向模块，结构如图1虚线框内部分所示），在该模块内部将视频信号和GPON信号分离应用。GPON ONU Treplexer模块可实现1.25G 1310nm光信号发射、2.5G 1490nm光信号接收、1555nm视频光信号接收。
但上述方案存在以下缺陷：
1. 随着客户承载量越来越大，以及客户对更高速率的需求，无源光网络传输速率已经得到很大提升：从GPON发展到XGPON（非对称10G PON，下行10G/上行2.5G），再到XGSPON（对称10GPON，下行10G/上行10G），但是视频信号的传输还是基于GPON系统，客户不能同时享受更高的网速和高清有线电视；
2. 目前市场上的GPON ONU Triplexer模块的普遍采用排插方式进行电连接，不支持热插拔；
3. 现有视频信号通过光纤输送存在信号干扰的问题。
基于此，本案由此提出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗干扰光模块，可同时实现XGSPON信号传输和视频信号传输，并支持热插拔。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种抗干扰光模块，包括电磁屏蔽罩、散热器、金手指、铜轴头、MCU、DC/DC稳压电路、APD升压电路、LDD/LA二合一芯片、射频放大芯片、AGC电路及三向光学子集成组件，其中LDD/LA二合一芯片包含LA芯片和LDD芯片；
所述DC/DC稳压电路的输入端与金手指的电源输出端连接，为模块提供12V/3.3V稳定电压；
所述MCU分别与金手指、LA芯片、LDD芯片双向通讯连接，所述MCU还接收从射频放大芯片输出的电平反馈信号，并向AGC电路输出电平控制信号；
所述LA芯片用于接收三向光学子集成组件输出的下行电信号，并对其进行限幅放大后输送至金手指；
所述APD升压电路分别与LA芯片、三向光学子集成组件双向电连接，实现3.3V电压升压；
所述LDD芯片用于接收金手指输出的上行电信号，并将上行电信号输送至三向光学子集成组件；
所述射频放大芯片用于接收三向光学子集成组件输出的视频电信号，并将视频电信号输送至铜轴头；所述射频放大芯片与AGC电路之间双向电连接；
所述三向光学子集成组件用于接收从光纤输入的下行光信号和视频光信号，并将下行光信号转换为下行电信号，将视频光信号转换为视频电信号；所述三向光学子集成组件用于将输入的上行电信号转换为上行光信号，并输出至光纤；
所述光模块的视频信号传输部分布置在所述电磁屏蔽罩内。
进一步的，所述金手指包括20个管脚，其中第1管脚定义为VeeT，第2管脚定义为TXFAULT，第3管脚定义为TXBURST，第4管脚定义为SDA，第5管脚定义为SCL，第6管脚定义为MOD-ABS，第7管脚定义为Vcc12，第8管脚定义为RXLOS，第9管脚定义为TXDIS，第10管脚定义为VeeR，第11管脚定义为VeeR，第12管脚定义为RXD-，第13管脚定义为RXD+，第14管脚定义为VeeR，第15管脚定义为VccR，第16管脚定义为VccT，第17管脚定义为VeeT，第18管脚定义为TXD+，第19管脚定义为TXD-，第20管脚定义为VeeT。
进一步的，所述三向光学子集成组件包括波分复用器、APD接收器、DFB激光器及PIN接收器，所述波分复用器用于接收并分离从光纤输入的下行光信号和视频光信号，并将下行光信号输送至APD接收器，将视频光信号输送至PIN接收器；所述DFB激光器接收从LDD芯片输出的上行电信号，并将上行电信号转换为上行光信号，波分复用器接收从DFB激光器输出的上行光信号，并将上行光信号输送至光纤；所述APD接收器将下行光信号转换为下行电信号，并输出至LA芯片；所述PIN接收器将视频光信号转换为视频电信号，并输出至射频放大芯片；所述APD接收器与APD升压电路双向电连接。
进一步的，所述电磁屏蔽罩包括上盖支架和上盖，所述上盖支架为四面围合构造，上盖支架的第一面上设有与三向器件基座贴合的第一缺口，三向器件的视频接收管脚通过第一缺口进入电磁屏蔽罩内，上盖支架的第二面上设有与铜轴头贴合的第二缺口，铜轴头上的信号线通过第二缺口进入电磁屏蔽罩内，所述上盖支架的下部贴合在PCBA板上，上部采用上盖盖合封闭。
进一步的，所述电磁屏蔽罩包括三向器件支架，所述三向器件支架包括载板，三向器件安置在载板上方，载板上设有封闭片，所述第一缺口被封闭片和三向器件的基座封堵。
进一步的，所述载板上设有基座限位片。
进一步的，所述电磁屏蔽罩包括管脚屏蔽罩，管脚屏蔽罩一面开口且开口面贴合在PCBA板上，三向器件的视频接收管脚与PCBA板的焊接点位于管脚屏蔽罩内。
进一步的，所述散热器包括引热板、出热板及连接引热板和出热板的传热板，所述引热板与光模块的发热器件贴合，用于引入热量，所述传热板用于向外散出热量。
进一步的，所述散热器为Z型。
进一步的，所述引热板和/或传热板上设有导热垫。
本发明的优点在于：
1. 该模块基于XGSPON系统，可实现XGSPON信号传输和视频信号传输，同时采用金手指作为电连接器，能支持热插拔；
2. 选用LDD/LA二合一芯片，有助于完善电路结构布局，实现模块小体积和低成本的最优结构；
3. 通过设置电磁屏蔽罩，并配合三向器件和铜轴头在PCBA板上表面形成一个封闭空间，把模块的视频信号输送部分放在该空间内，避免外界信号干扰；由于三向器件的视频接收管脚需穿过PCBA板到PCBA板下表面进行焊接，存在从该管脚引入信号干扰风险，通过增加管脚屏蔽罩，对该视频接收管脚进行屏蔽，进一步避免外界信号干扰；
4. 当发热器件到模块外壳之间距离很大时，通过设置Z型的散热器件，可实现低成本散热，且Z型散热器结构简单，制作方便，成本较低，散热性能好。
附图说明
图1为传统方案中基于GPON传输系统的射频传输方案；
图2为实施例中XGSPON ONU Triplexer模块的原理框图；
图3为实施例中XGSPON ONU Triplexer模块的三维结构示意图；
图4为图3另一视角的三维结构示意图；
图5为图3的下视示意图；
图6为实施例中XGSPON ONU Triplexer模块拆除上盖后的三维结构示意图；
图7为图5的A-A剖视示意图；
图8为实施例中上盖、上盖支架、三向器件支架的爆炸示意图；
图9为实施例中XGSPON ONU Triplexer模块未安装三向器件时的三维结构示意图；
图10为实施例中三向器件支架的三维构造示意图；
图11为实施例中Z型散热器的构造示意图；
图12为实施例中管脚屏蔽罩的构造示意图；
图13为实施例中金手指的管脚定义图；
图14为实施例中基于XGPSON传输系统的射频传输方案；
图15为采用LDD/LA二合一芯片后，实施例中XGSPON ONU Triplexer模块的原理框图。
标号说明
PCBA板1；
三向器件2，视频接收管脚21，基座22；
上盖支架3，第一面31，第一缺口311，第二面32，第二缺口321，第三面33，第四面34；
上盖4；铜轴头5；
三向支架6，载板61，封闭片62，基座限位片63；
管脚屏蔽罩7；散热器8；发热器件9；导热垫10；
图1中的英文释义
TX：光发射机；RX：光接收机；V-TX：视频发射机；V-RX：视频接收机；
WBF：滤波片，用于阻挡到RX的干扰信号；WBF-V：滤波片，用于阻挡到V-RX的干扰信号；
IFGPON：GPON系统上行光信号和下行光信号；IFvideo：下行视频信号；
WDM-G：GPON ONU中的波分复用滤波器，用来复用/解复用G-PON系统上行光信号和下行光信号；
WDM-G’：G-PON ONU Triplexer中的波分复用滤波器，用来复用/解复用G-PON系统上行光信号、下行光信号和下行视频信号；
WDM-G-L:G-PON OLT中的波分复用滤波器，用来复用/解复用G-PON系统上行光信号和下行光信号；
WDM1r：位于业务中心的波分复用滤波器，用来复用G-PON系统上行光信号和下行视频信号；
Splitter: 波分器，把混合在一起的不同波长的光分离开来；
图14中的英文释义
IFXGSPON ：XGSPON系统上行光信号和下行光信号；IFvideo：下行视频信号；
WDM-X：XGSPON ONU中的波分复用滤波器，用来复用/解复用XGS-PON系统上行光信号和下行光信号；
WDM-X’：XGSPON ONU Triplexer中的波分复用滤波器，用来复用/解复用XGSPON系统上行光信号、下行光信号和下行视频信号；
WDM-X-L：XGSPON OLT中的波分复用滤波器，用来复用/解复用XGSPON系统上行光信号和下行光信号；
WDM1r：位于业务中心的波分复用滤波器，用来复用XGSPON系统上行光信号和下行视频信号。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
英文注释：
LA：限幅放大器；LDD：激光器驱动芯片；AGC：自动增益控制；TO-CAN：光器件的一种封装工艺，TO-CAN同轴封装。
本实施例提出一种抗干扰光模块，即XGSPON ONU Triplexer模块，如图1所示，安装于PCBA板1上的电器元件包括金手指、铜轴头5、MCU、DC/DC稳压电路、APD升压电路、LA芯片、LDD芯片、射频放大芯片、AGC电路及三向光学子集成组件。其中，DC/DC稳压电路的输入端与金手指的电源输出端连接，并为XGSPON ONU Triplexer模块提供12V/3.3V稳定电压。MCU分别与金手指、LA芯片、LDD芯片双向通讯连接，所述MCU还接收从射频放大芯片输出的电平反馈信号，并向AGC电路输出电平控制信号。LA芯片用于接收三向光学子集成组件输出的下行电信号，并对其进行限幅放大后输送至金手指。APD升压电路与LA芯片双向电连接，实现电平控制和反馈，APD升压电路与三向光学子集成组件双向电连接，实现电平增益。LDD芯片用于接收金手指输出的上行电信号，并将上行电信号输送至三向光学子集成组件去调制驱动DFB激光器。射频放大芯片用于接收三向光学子集成组件输出的视频电信号，并将视频电信号输送至铜轴头5；所述射频放大芯片与AGC电路之间双向电连接，用于实现电平增益。三向光学子集成组件用于接收从光纤输入的下行光信号和视频光信号，并将下行光信号转换为下行电信号，将视频光信号转换为视频电信号；所述三向光学子集成组件用于将输入的上行电信号转换为上行光信号，并输出至光纤。
如图15所示，为完善电路布局，缩小模块体积，降低模块成本，本实施例选用LDD/LA（Laser Diode Driver/Limiting Amplifier）二合一芯片，该芯片采用Semtech公司的GN28L96芯片，包含了LDD芯片和LA芯片。作为优选，本实施例中的MCU采用GigaDevice公司的GD32E232K8Q7芯片；射频放大芯片采用Qorvo公司的TAT6254C芯片；AGC电路采用Qorvo公司的RFSA3043TR7芯片。
如图1所示，本实施例的三向光学子集成组件包括波分复用器WDM、APD接收器、DFB激光器及PIN接收器，APD接收器、DFB激光器及PIN接收器均采用TO-CAN同轴封装。所述波分复用器用于接收并分离从光纤输入的下行光信号和视频光信号，并将下行光信号输送至APD接收器，将视频光信号输送至PIN接收器；所述DFB激光器接收从LDD芯片输出的上行电信号，并将上行电信号转换为上行光信号，波分复用器接收从DFB激光器输出的上行光信号，并将上行光信号输送至光纤；所述APD接收器将下行光信号转换为下行电信号，并输出至LA芯片；所述PIN接收器将视频光信号转换为视频电信号，并输出至射频放大芯片；所述APD接收器与APD升压电路双向电连接。
本实施例通过采用金手指电连接方案，能支持热插拔，该电连接方案采用兼容SFF-INF-8074协议的金手指规格，其管脚定义如图15所示，其中第1管脚定义为VeeT，第2管脚定义为TXFAULT，第3管脚定义为TXBURST，第4管脚定义为SDA，第5管脚定义为SCL，第6管脚定义为MOD-ABS，第7管脚定义为Vcc12，第8管脚定义为RXLOS，第9管脚定义为TXDIS，第10管脚定义为VeeR，第11管脚定义为VeeR，第12管脚定义为RXD-，第13管脚定义为RXD+，第14管脚定义为VeeR，第15管脚定义为VccR，第16管脚定义为VccT，第17管脚定义为VeeT，第18管脚定义为TXD+，第19管脚定义为TXD-，第20管脚定义为VeeT。
如图14所示，采用上述方案后，该模块基于XGSPON系统，实现XGSPON信号传输和视频信号传输。该模块的工作原理如下所述，该XGSPON ONU Triplexer模块整体由XGSPONONU部分和射频接收两部分构成，传输路线包括：
a. 从金手指过来的10Gb/s上行电信号，经LDD芯片驱动1270nm DFB激光器，电光转换成10Gb/s 1270nm上行光信号，再通过光纤向上传输；
b. 从光纤过来的10Gb/s 1577nm下行光信号，通过APD接收器光电转换成10Gb/s下行电信号，再由APD TO-CAN内部集成的TIA（前置放大器）和LA芯片后，经金手指输出；
c. 从光纤过来的1555nm下行视频光信号，通过PIN接收器光电转换成下行视频电信号，在射频放大和射频衰减（即AGC电路）之后，通过铜轴头5输出。
本实施例模块还在PCBA板1上设置了电磁屏蔽罩，通过将视频信号传输部分布置在电磁屏蔽罩内，避免信号干扰，解决XGSPON传输对视频接收带来的信号干扰问题。
如图3至图12所示，电磁屏蔽罩包括上盖支架3和上盖4，所述上盖支架3为四面围合构造，上盖支架3的四个面分别定义为第一面31、第二面32、第三面33和第四面34。其中，上盖支架3的第一面31上设有与三向器件2基座22贴合的第一缺口311，三向器件2的视频接收管脚21通过第一缺口311进入电磁屏蔽罩内，上盖支架3的第二面32上设有与铜轴头5贴合的第二缺口321，铜轴头5上的信号线通过第二缺口321进入电磁屏蔽罩内，所述上盖支架3的下部贴合并固定在PCBA板1上，上部采用上盖4盖合封闭。由此实现视频信号传输部分布置在电磁屏蔽罩内。
第一缺口311可设置成与三向器件2视频接收管脚21相匹配的形状，即直接在第一面31上开与管脚直径差不多大的孔，安装时将管脚插入孔内即可，但这样的方案会增加安装的难度（三向器件2与PCBA板1之间还需要焊接，采用该方案，在焊接前就需要将上盖支架3安装固定，造成焊接的不便）。为提高安装的便捷性，本实施例的第一缺口311采用如图8所示的U型槽构造，U型槽的开口面槽PCBA板1，这样安装时，可以先固定三向器件2，然后再安装上盖支架3。如图7所示，采用U型槽缺口方案后，三向器件2基座22并不能完全封闭第一缺口311，会影响屏蔽效果，故本实施例的电磁屏蔽罩还包括三向器件2支架。所述三向器件2支架包括载板61，三向器件2安置在载板61上方，并在载板61周向设置基座限位片63，来固定三向器件2的基座22，同时，载板61上设有封闭片62，使得第一缺口311被封闭片62和三向器件2的基座22封堵。由此实现三向支架6、上盖支架3和上盖4，配合三向器件2和铜轴头5，在PCBA板1上表面形成一个封闭空间。
由于三向器件2的视频接收管脚21需穿过PCBA板1到PCBA板1下表面进行焊接，存在从该管脚引入信号干扰风险，所以需要对视频接收管脚21进行屏蔽。如图4和图12所示，电磁屏蔽罩包括管脚屏蔽罩7，管脚屏蔽罩7一面开口且开口面贴合在PCBA板1上，三向器件2的视频接收管脚21与PCBA板1的焊接点位于管脚屏蔽罩7内。
当发热器件9到模块外壳（该模块上还会安装一外壳，外壳将PCBA板1和屏蔽罩均包裹起来）或电磁屏蔽罩的距离很大时，直接放置导热垫的方案成本太高，且模块的散热效果并不理想，作为优选，本实施例还包括散热器8，用于把PCBA板1上发热器件9产生的热量引至模块外。散热器8包括引热板、出热板及连接引热板和出热板的传热板，所述引热板与XGSPON ONU Triplexer模块的发热器件9贴合，用于引入热量，所述传热板与电磁屏蔽罩或外壳接触，用于向外散出热量，同时可在引热板和出热板上设置导热垫10（例如导热硅胶等），来加速散热。散热器8可采用“工”字型或Z“字型”，但工字型加工不便，制作时需要焊接，而Z字型可采用冲压折弯的方式直接成型，所以散热器8优选为Z字型。
如图7所示，本实施例在电磁屏蔽罩内设置了一Z型散热器8，散热器8下部的引热板处设有与导热垫10，用于与发热器件9接触，散热器8上部的出热板与上盖4接触，用于散出热量。该Z型散热器8具有结构简单、制作方便、成本较低、散热性能好等优点。
上述实施例仅用于解释说明本发明的构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗干扰光模块，其特征在于，包括电磁屏蔽罩、散热器、金手指、铜轴头、MCU、DC/DC稳压电路、APD升压电路、LDD/LA二合一芯片、射频放大芯片、AGC电路及三向光学子集成组件，其中LDD/LA二合一芯片包含LA芯片和LDD芯片；
所述DC/DC稳压电路的输入端与金手指的电源输出端连接，为模块提供稳定电压；
所述MCU分别与金手指、LA芯片、LDD芯片双向通讯连接，所述MCU还接收从射频放大芯片输出的电平反馈信号，并向AGC电路输出电平控制信号；
所述LA芯片用于接收三向光学子集成组件输出的下行电信号，并对其进行限幅放大后输送至金手指；
所述APD升压电路分别与LA芯片、三向光学子集成组件双向电连接，实现电压升压；
所述LDD芯片用于接收金手指输出的上行电信号，并将上行电信号输送至三向光学子集成组件；
所述射频放大芯片用于接收三向光学子集成组件输出的视频电信号，并将视频电信号输送至铜轴头；所述射频放大芯片与AGC电路之间双向电连接；
所述三向光学子集成组件用于接收从光纤输入的下行光信号和视频光信号，并将下行光信号转换为下行电信号，将视频光信号转换为视频电信号；所述三向光学子集成组件用于将输入的上行电信号转换为上行光信号，并输出至光纤；
所述光模块的视频信号传输部分布置在所述电磁屏蔽罩内。
2.如权利要求1所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述金手指包括20个管脚，其中第1管脚定义为VeeT，第2管脚定义为TXFAULT，第3管脚定义为TXBURST，第4管脚定义为SDA，第5管脚定义为SCL，第6管脚定义为MOD-ABS，第7管脚定义为Vcc12，第8管脚定义为RXLOS，第9管脚定义为TXDIS，第10管脚定义为VeeR，第11管脚定义为VeeR，第12管脚定义为RXD-，第13管脚定义为RXD+，第14管脚定义为VeeR，第15管脚定义为VccR，第16管脚定义为VccT，第17管脚定义为VeeT，第18管脚定义为TXD+，第19管脚定义为TXD-，第20管脚定义为VeeT。
3.如权利要求1所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述三向光学子集成组件包括波分复用器、APD接收器、DFB激光器及PIN接收器，所述波分复用器用于接收并分离从光纤输入的下行光信号和视频光信号，并将下行光信号输送至APD接收器，将视频光信号输送至PIN接收器；所述DFB激光器接收从LDD芯片输出的上行电信号，并将上行电信号转换为上行光信号，波分复用器接收从DFB激光器输出的上行光信号，并将上行光信号输送至光纤；所述APD接收器将下行光信号转换为下行电信号，并输出至LA芯片；所述PIN接收器将视频光信号转换为视频电信号，并输出至射频放大芯片；所述APD接收器与APD升压电路双向电连接。
4.如权利要求1所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述电磁屏蔽罩包括上盖支架和上盖，所述上盖支架为四面围合构造，上盖支架的第一面上设有与三向器件基座贴合的第一缺口，三向器件的视频接收管脚通过第一缺口进入电磁屏蔽罩内，上盖支架的第二面上设有与铜轴头贴合的第二缺口，铜轴头上的信号线通过第二缺口进入电磁屏蔽罩内，所述上盖支架的下部贴合在PCBA板上，上部采用上盖盖合封闭。
5.如权利要求4所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述电磁屏蔽罩包括三向器件支架，所述三向器件支架包括载板，三向器件安置在载板上方，载板上设有封闭片，所述第一缺口被封闭片和三向器件的基座封堵。
6.如权利要求5所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述载板上设有基座限位片。
7.如权利要求1所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述电磁屏蔽罩包括管脚屏蔽罩，管脚屏蔽罩一面开口且开口面贴合在PCBA板上，三向器件的视频接收管脚与PCBA板的焊接点位于管脚屏蔽罩内。
8.如权利要求1所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述散热器包括引热板、出热板及连接引热板和出热板的传热板，所述引热板与光模块的发热器件贴合，用于引入热量，所述传热板用于向外散出热量。
9.如权利要求8所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述散热器为Z型。
10.如权利要求8所述的一种抗干扰光模块，其特征在于，所述引热板和/或传热板上设有导热垫。
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