CN115001523B - 基于epon搭配eml的10g速率olt端收发一体芯片 - Google Patents
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Abstract
基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，属于集成电路和光通信领域，本发明为解决现有基于EPON标准的OLT终端虽然成本低，但速率也低的问题。本发明包括突发模式接收机RX、连续模式发射机TX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；突发模式接收机RX对每个OUN客户端传来的光信号经过突发跨阻放大器TIA放大成电信号，RX设置不同速率的两个通道，两个通道择一工作，所述电信号从工作的通道中输出；连续模式发射机TX接收PCB板衰减输出的电信号，根据衰减程度选择旁路ByPass路径传输，或经过时钟数据恢复CDR路径提高信号质量后输出，用于驱动EML激光器；数字控制单元Digital根据外部指令控制连续模式发射机TX的路径选择；主机通过芯片引脚RS控制突发模式RX的通道选择。
Description
技术领域
本发明属于集成电路和光通信领域。
背景技术
在光通信局端设备OLT中，突发限幅放大器LA完成对上一级突发跨阻放大器TIA传送来的不同幅度电信号进行限幅放大。LA中还包含LOS(Loss of Signal，信号丢失)模块，判断LA输入信号是噪声还是符合要求的电平信号并做出关断或者开启主通道的操作。连续激光驱动器LDD将电信号的数据流转化为调制电流驱动激光器发光传递光信号。LDD中包含阈值配置模块配合自动光功率控制APC和自动温度控制ATC模块完成对LDD的反馈控制。
常用的激光器类型有：VCSEL、DFB和EML。垂直腔面发射激光器VCSEL(VerticalCavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)生产成本低，适合高速短距离传输。DFB(Distribution-Feedback Laser)生产成本较高，能提供较高的功率，用于长途传输。EML(Electro-Absorption Modulationwith Laser，电吸收调制激光器)成本很高，且需要提供较高的电压，但可以传输100km以上的距离。DFB激光器通过注入电流来控制输出光的强度，偏置电流BIAS把DFB激光器偏置在发光阈值点，再通过激光器驱动器输出调制电流MOD的大小，控制DFB激光器的发光和熄灭对应着数据流的1和0。但是注入电流的变化导致载流子浓度的变化，进而引起折射率和波长的变化。波长的改变引起啁啾效应，而光纤自身的色散，最终导致脉宽延展，信号失真。因此使用DFB激光器传输距离的上限为10km。传输速率也会因为调制电流的注入时间长短受到限制。
为了提升激光器的传输距离，可以采用EML激光器。EML激光器的注入电流(BIAS电流)不发生改变，可以输出连续光，光强通过外置的电吸收调制器利用电吸收效应来改变光强，达到调制信号的目的。电吸收调制器未施加外电场，入射光通过材料不被吸收，发光传递1信号，当施加外电场，入射光被材料吸收，熄灭传递0信号。因此激光器驱动器根据数据流改变输出电压幅值，便可以调制输出光场的强度。
EML激光器在啁啾效应、消光比、眼图质量、抖动、传输距离等性能都优于DFB激光器。DFB激光器的优势是体积小、采购价格低、功耗小。
为了保证EML激光器满足电信级信号传输严格的协议要求，需要控制EML激光器在特定的温度范围(55℃-65℃)下工作，与它同时集成的半导体制冷器TEC(Thermo ElectricCooler)来控制工作温度，该制冷器在保证激光器工作温度的同时也消耗了大部分功耗，因此在控制光模块整体功耗电流(＜550mA)的前提下，搭配EML激光器一起使用的收发一体芯片还需要进一步压缩功耗。
EPON技术的分光束和带宽相比于更先进的GPON技术要低许多，但是基于EPON标准下铺设的光网络保有量巨大且使用成本较低，因此EPON技术在发展中国家依旧具有广阔的市场前景，然而随着市场的竞争和新时代的迈进，需要对基于EPON技术搭配EML激光器进行超远距传输的局端设备OLT收发一体芯片的架构和速率进行升级。
因此，针对以上不足，需要对基于成本低的EPON标准的OLT终端的速率进行升级，使其能满足市场的需求，做到低成本、高速率。
发明内容
针对现有基于EPON标准的OLT终端虽然成本低，但速率也低的问题，本发明提供一种基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片。能够有效的提升基于EPON光网络的信号传输速率又能很好的控制整体硬功耗，客户能够根据需求自行切换低速或者高速的传输速率和修调利于眼图质量的配置。
本发明所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，包括突发模式接收机RX、连续模式发射机TX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；
突发模式接收机RX对每个OUN客户端传来的光信号经过突发跨阻放大器TIA放大成电信号，突发模式接收机RX设置不同速率的两个通道，两个通道择一工作，所述电信号从工作的通道中输出；
连续模式发射机TX接收PCB板衰减输出的电信号，根据衰减程度选择旁路ByPass路径传输，或经过时钟数据恢复CDR路径提高信号质量后输出，用于驱动EML激光器；
数字控制单元Digital根据外部指令控制连续模式发射机TX的路径选择；
主机通过芯片引脚RS控制突发模式RX的通道选择；
电源模块POWER用于为芯片提供工作电源。
优选地，突发模式接收机RX包括一号输入缓冲器、10G速率通道、1G速率通道、电平判决单元和输出阻塞单元；
OLT端的突发跨阻放大器TIA输出信号通过芯片引脚RX_INP和RX_INN接入一号输入缓冲器的输入端，一号输入缓冲器将接收的信号发送给电平判决单元进行判断，电平判决单元将高于电平阈值的信号通过10G速率通道或1G速率通道限幅放大输出；
10G速率通道包括突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G、10G速率放大器A1和10G电流模式逻辑输出接口CML 10G，1G速率通道包括突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G、1G速率放大器A2和1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G；一号输入缓冲器的输出端同时与突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G的输入端和突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G的输入端相连，突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G的输出端与10G电流模式逻辑输出接口CML 10G的输入端相连，10G电流模式逻辑输出接口CML 10G通过芯片引脚OUTP_10G、OUTN_10G输出10G通道信号；突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G的输出端与1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G的输入端相连，1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G通过芯片引脚OUTP_1G、OUTN_1G输出1G通道信号；
电平判决单元通过比较信号与信号阈值得出结果，并通过输出阻塞单元控制10G速率放大器A1和1G速率放大器A2的开启和关闭，以实现10G速率、1G速率通道的选择。
优选地，连续模式发射机TX包括二号输入缓冲器、旁路ByPass、时钟数据恢复CDR、EML激光器驱动器和偏置电流控制单元，
择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径；
原始高速电信号经过PCB板上的金属走线后形成的衰减信号通过芯片引脚TX_INP和TX_INN接入二号输入缓冲器，二号输入缓冲器将该衰减信号沿开通路径传输至EML激光器驱动器的输入端，EML激光器驱动器的输出端通过芯片引脚TX_OUTP连接EML激光器的控制端；
偏置电流控制单元为EML激光器驱动器配置偏置电流；
主机通过芯片引脚TXDIS向芯片发送关闭偏置电流指令来关闭连续模式发射机TX。
优选地，择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径由数字控制单元Digital根据外部指令进行控制。
优选地，择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径的方式为主机自行切换通道：速率8G以下时，表征信号衰减不严重，启动旁路ByPass；当速率在8G-14G时，表征信号衰减很严重，由主机控制启动时钟数据恢复CDR路径。
优选地，数字控制单元Digital包括寄存器数字核、模数转换器ADC、从I2C和温度传感器Temp Sensor；
温度传感器Temp Sensor的输出端通过模数转换器ADC连接寄存器数字核的温度信号输入端；
从I2C的输入端连接时钟芯片引脚SCL；从I2C的输入输出端口连接外部指令芯片引脚SDA；从I2C的输出端连接寄存器数字核的外部指令输入端，寄存器数字核控制连续模式发射机TX的路径选择；寄存器数字核还通过控制端口实现对突发模式接收机RX和连续模式发射机TX的配置。
优选地，数字控制单元Digital中配置突发模式接收机RX的控制端口包括眼交叉点调整控制端口CPA、输出摆幅控制端口SW CTRL、输出极性反转控制端口POL CTRL和信号丢失控制端口LOSCTRL。
优选地，数字控制单元Digital中配置连续模式发射机TX的控制端口包括光功率控制端口APC、眼交叉点调整控制端口CPA、抖动优化控制端口EQ、眼图优化控制端口EO、输出极性反转控制端口POL CTRL和调制电压峰峰值控制PEAK_CTRL；
光功率控制端口APC的输入端连接监视电流芯片引脚MPD。
优选地，电源模块POWER包括直流电源VDC、直流斩波器DC/DC、电阻R1和R2；
直流电源VDC为EML驱动器提供工作电源，同时，直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1分别给突发模式接收机RX、连续模式发射机TX和数字控制单元Digital提供工作电源；
直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R1的一端和芯片引脚CAP1；芯片引脚CAP1通过电容C2接地；
电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端和直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R2的另一端连接地；
直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW1；芯片引脚SW1通过电感L1连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VDC；芯片引脚VDC连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN1；芯片引脚EN1同时连接电容C1的一端和直流电源VDC的正极；电容C1的另一端接地，直流电源VDC的负极接地。
优选地，电源模块POWER包括直流电源VDC、直流电源VCC、一号直流斩波器DC/DC、二号直流斩波器DC/DC、电阻R1～R4；
一号直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1分别给突发模式接收机RX、连续模式发射机TX和数字控制单元Digital提供工作电源；
一号直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R1的一端和芯片引脚CAP1；芯片引脚CAP1通过电容C2接地；
电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端和一号直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R2的另一端连接地；
一号直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW1；芯片引脚SW1通过电感L1连接直流电源VDC的正极；
一号直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VDC；芯片引脚VDC连接直流电源VDC的正极；
一号直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN1；芯片引脚EN1同时连接电容C1的一端和直流电源VDC的正极；电容C1的另一端接地，直流电源VDC的负极接地；
二号直流斩波器DC/DC将直流电源VCC转换为直流电源VCC2并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC2为EML激光驱动器提供工作电源；
二号直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R3的一端和芯片引脚CAP2；芯片引脚CAP2通过电容C4接地；
电阻R3的另一端同时连接电阻R4的一端和二号直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R4的另一端连接地；
二号直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW2；芯片引脚SW2通过电感L2连接直流电源VCC的正极；
二号直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VCC；芯片引脚VCC连接直流电源VCC的正极；
二号直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN2；芯片引脚EN2同时连接电容C3的一端和直流电源VCC的正极；电容C3的另一端接地，直流电源VCC的负极接地。
本发明的有益效果：基用于EPON搭配EML的10G OLT端收发一体芯片的电路结构。多速率突发LA、多速率连续LDD再配合数字模块能够很好地满足客户的低速率和高速率信号传输需求，数字模块能够优化眼图传输质量，配合EML激光器将数据高速超远距离传送给ONU的用户端。内置的电源管理模块DC/DC能够节约外围硬件成本和空间占用，也利于收发一体芯片的整体功耗控制。由于是基于EPON标准开发的硬件，各方面的花销小于GPON标准开发的硬件。
附图说明
图1是本发明所述基于EPON搭配EML激光器的原理图；
图2是本发明所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片的结构示意图，电源模块POWER方案一；
图3是本发明所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片的结构示意图，电源模块POWER方案二。
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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中提出了基用于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片的电路结构，芯片内接收机(RX)中的高低速率通道和搭配EML激光器使用的发射机(TX)中的可切换启停的时钟数据恢复(CDR)模块以及模块化可配置的数字部分(Digital)，内嵌的电源管理DC/DC对整颗芯片功耗进行精准控制是该发明实现方式的关键。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，包括突发模式接收机RX、连续模式发射机TX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；
突发模式接收机RX对每个OUN客户端传来的光信号经过突发跨阻放大器TIA放大成电信号，突发模式接收机RX设置不同速率的两个通道，两个通道择一工作，所述电信号从工作的通道中输出；
连续模式发射机TX接收PCB板衰减输出的电信号，根据衰减程度选择旁路ByPass路径传输，或经过时钟数据恢复CDR路径提高信号质量后输出，用于驱动EML激光器；
数字控制单元Digital根据外部指令控制连续模式发射机TX的路径选择；
主机通过芯片引脚RS控制突发模式RX的通道选择。
电源模块POWER用于为芯片提供工作电源。
突发模式接收机RX包括一号输入缓冲器、10G速率通道、1G速率通道、电平判决单元和输出阻塞单元；
OLT端的突发跨阻放大器TIA输出信号通过芯片引脚RX_INP和RX_INN接入一号输入缓冲器的输入端，一号输入缓冲器将接收的信号发送给电平判决单元进行判断，电平判决单元将高于电平阈值的信号通过10G速率通道或1G速率通道限幅放大输出；
10G速率通道包括突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G、10G速率放大器A1和10G电流模式逻辑输出接口CML 10G，1G速率通道包括突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G、1G速率放大器A2和1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G；一号输入缓冲器的输出端同时与突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G的输入端和突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G的输入端相连，突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G的输出端与10G电流模式逻辑输出接口CML 10G的输入端相连，10G电流模式逻辑输出接口CML 10G通过芯片引脚OUTP_10G、OUTN_10G输出10G通道信号；突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G的输出端与1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G的输入端相连，1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G通过芯片引脚OUTP_1G、OUTN_1G输出1G通道信号；
电平判决单元通过比较信号与信号阈值得出结果，并通过输出阻塞单元控制10G速率放大器A1和1G速率放大器A2的开启和关闭，以实现10G速率、1G速率通道的选择。
突发模式接收机RX的工作原理：位于中心局的OLT收发一体芯片对应多个用户端的ONU，因此OLT收发一体芯片的接收端RX需要突发的接收来自OUN端不同幅值的电信号(突发TIA已将不同幅值的光信号转换成电信号后给RX的限幅放大器LA)，限幅放大器LA分为1Gbps和10Gbps两个速率通道，低速率通道LA的带内噪声相比于高速率通道LA的带内噪声更小，低速率通道使用驱动能力更强的低压PECL输出，高速率通道使用速度更快且失真更小的CML输出，并且两种输出方式的输出摆幅能够根据需求控制大小。为了排除输入噪声的干扰，正确放大正真的电信号，LA内部还设置有信号检测模块Level Detector分别对高低速率的信号进行甄别，倘若信号小于一定的阈值，将通过输出阻塞单元关闭信号通路。
连续模式发射机TX包括二号输入缓冲器、旁路ByPass、时钟数据恢复CDR、EML激光器驱动器和偏置电流控制单元，
择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径；
原始高速电信号经过PCB板上的金属走线后形成的衰减信号通过芯片引脚TX_INP和TX_INN接入二号输入缓冲器，二号输入缓冲器将该衰减信号沿开通路径传输至EML激光器驱动器的输入端，EML激光器驱动器的输出端通过芯片引脚TX_OUTP连接EML激光器的控制端；
偏置电流控制单元为EML激光器驱动器配置偏置电流；
主机通过芯片引脚TXDIS向芯片发送关闭偏置电流指令来关闭连续模式发射机TX。
择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径由数字控制单元Digital根据外部指令进行控制。
择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径的方式为主机自行切换通道：速率8G以下时，表征信号衰减不严重，启动旁路ByPass；当速率在8G-14G时，表征信号衰减很严重，由主机控制启动时钟数据恢复CDR路径。
连续模式发射机TX工作原理：TX部分主通道能够接收和处理连续的电信号数据流，该数据流的速率为1-14Gbps。原始高速电信号经过PCB板上的金属走线后产生衰减，产生信号误码，为了解决高速信号衰减问题，在TX内部加入CDR(时钟数据恢复)以提高高速信号的质量，倘若高速信号衰减不严重也可以直接从ByPass路径传输。EML激光驱动器通过引脚TX_OUTP连接EML激光器及部分外围电路(电阻R1～R4、电感L1～L2、电容C6～C7、磁珠B3～B6)，通过引脚TX_OUTN连接部分外围电路(电阻R5～R6、电感L3、电容C5、磁珠B1～B2)，具体参见图1所示，EML激光器支持超远程(≥100km)的数据传输，TX内部提供输出调制电压可根据实际使用情况(光功率、消光比)调整；EML激光驱动器的偏置电流Bias，根据环境温度、激光器发光效率、激光器的老化情况实时的调整电流大小。因此偏置电流控制单元配合APC光功率控制模块，将监视光电二极管MPD采集的激光器平均光功率信息进行反馈，在通过数字部分的数据写入，配置合理的电流值大小。当主机读取到收发一体芯片关键参数指标超出合理范围后，可通过芯片引脚TXDIS关闭发射部分，避免损坏EML激光器。
EML激光器将电吸收调制器EA和半导体制冷器TEC，同时聚集在一起，TEC的Temp引脚将EML激光器的内部温度转化成的电压反馈给TEC控制芯片，TEC的控制芯片根据EML激光器的工作温度，通过引脚+TEC和-TEC流过电流大小，实时调整EML环境温度，使其工作在最佳状态，因此TEC散热所需要的电流就占据了光模块整体功耗的很大一部分，为了满足光模块的整体功耗要求需要进一步降低收发一体芯片的功耗。
择一启动旁路BYPass或时钟数据恢复CDR路径包括两种方式：
第一种、预先判断，再根据判断结果通过SAD引脚将外部指令写入数字控制单元Digital，数字控制单元Digital将该选择指令送给TX。预先判断指选择旁路ByPass路径还是时钟数据恢复CDR路径是根据芯片所测信号的衰减成都判断，在使用芯片之前先对经过PCB板上的金属走线后产生的衰减信号进行检测，查看TX输出眼图的质量是否满足协议标准，若符合标准就从旁路ByPass传输，不符合标准则开启CDR，优化信号质量。
第二种、也可以让主机自行切换通道，速率8G以下时，表征信号衰减不严重，启动旁路ByPass；当速率在8G-14G时，表征信号衰减很严重，由主机控制启动时钟数据恢复CDR路径优化信号质量。
数字控制单元Digital包括寄存器数字核、模数转换器ADC、从I2C和温度传感器Temp Sensor；
温度传感器Temp Sensor的输出端通过模数转换器ADC连接寄存器数字核的温度信号输入端；
从I2C的输入端连接时钟芯片引脚SCL；从I2C的输入输出端口连接外部指令芯片引脚SDA；从I2C的输出端连接寄存器数字核的外部指令输入端，寄存器数字核控制连续模式发射机TX的路径选择；寄存器数字核还通过控制端口实现对突发模式接收机RX和连续模式发射机TX的配置。
数字控制单元Digital中配置突发模式接收机RX的控制端口包括眼交叉点调整控制端口CPA、输出摆幅控制端口SW CTRL、输出极性反转控制端口POL CTRL和信号丢失控制端口LOSCTRL。
数字控制单元Digital中配置连续模式发射机TX的控制端口包括光功率控制端口APC、眼交叉点调整控制端口CPA、抖动优化控制端口EQ、眼图优化控制端口EO、输出极性反转控制端口POL CTRL和调制电压峰峰值控制PEAK_CTRL；
光功率控制端口APC的输入端连接监视电流芯片引脚MPD。
数字控制单元Digital工作原理：数字部分Digital能够对RX和TX内部完成配置。RX内可配置的功能有：
眼图交叉点调整CPA、输出摆幅控制SW_CTRL、输出极性反转POL_CTRL、信号丢失阈值设置及模式选择LOS_CTRL等；TX内可配置的功能有：
激光器光功率控制APC、眼图交叉点优化CPA、抖动优化EQ、眼图优化EO、输出极性反转POL_CTRL、调制电压峰峰值控制PEAK_CTRL等；内置的高精度多位ADC将温度传感器Temp Sensor采集的环境温度转化成数字量再通过从I2C的数据信号线SDA读取到外部。ADC也可以将其他可量化的数据通过从I2C读取到外部，例如监视电流值、偏置电流值、调制电流值等；用户也可以通过芯片外部主I2C向芯片内部的寄存器RegisterControlDigitalcore写入数字量，以优化收发一体芯片的各项传输性能。
电源模块POWER设计有两个方案：
方案一、参见图2，电源模块POWER包括直流电源VDC、直流斩波器DC/DC、电阻R1和R2；
直流电源VDC为EML驱动器提供工作电源，同时，直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1分别给突发模式接收机RX、连续模式发射机TX和数字控制单元Digital提供工作电源；
直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R1的一端和芯片引脚CAP1；芯片引脚CAP1通过电容C2接地；
电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端和直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R2的另一端连接地；
直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW1；芯片引脚SW1通过电感L1连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VDC；芯片引脚VDC连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN1；芯片引脚EN1同时连接电容C1的一端和直流电源VDC的正极；电容C1的另一端接地，直流电源VDC的负极接地。
方案二、参见图3，电源模块POWER包括直流电源VDC、直流电源VCC、一号直流斩波器DC/DC、二号直流斩波器DC/DC、电阻R1～R4；
一号直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1分别给突发模式接收机RX、连续模式发射机TX和数字控制单元Digital提供工作电源；
一号直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R1的一端和芯片引脚CAP1；芯片引脚CAP1通过电容C2接地；
电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端和一号直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R2的另一端连接地；
一号直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW1；芯片引脚SW1通过电感L1连接直流电源VDC的正极；
一号直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VDC；芯片引脚VDC连接直流电源VDC的正极；
一号直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN1；芯片引脚EN1同时连接电容C1的一端和直流电源VDC的正极；电容C1的另一端接地，直流电源VDC的负极接地；
二号直流斩波器DC/DC将直流电源VCC转换为直流电源VCC2并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC2为EML激光驱动器提供工作电源；
二号直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R3的一端和芯片引脚CAP2；芯片引脚CAP2通过电容C4接地；
电阻R3的另一端同时连接电阻R4的一端和二号直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R4的另一端连接地；
二号直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW2；芯片引脚SW2通过电感L2连接直流电源VCC的正极；
二号直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VCC；芯片引脚VCC连接直流电源VCC的正极；
二号直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN2；芯片引脚EN2同时连接电容C3的一端和直流电源VCC的正极；电容C3的另一端接地，直流电源VCC的负极接地。
本专利电源管理部分的关键点在于内置了DC/DC模块。
传统的搭配EML激光器的收发一体芯片电源方案一是给收发一体芯片提供电源电压VDC，然后经过芯片内部的LDO将VDC降低至VCC1使用，比如，芯片内部将3.3V降为1.8V使用，LDO作为电源的效率通常较低，这种方案芯片的整体功耗为870mW。
下面结合两个具体实施例分析本发明电源部分的优势。
实施例1、参见图2，VCC＝3.3V，VCC1＝1.8V，本发明使用电源效率更高的DC/DC替换电源效率低的LDO，DC/DC产生的电源电压1.8V供给RX部分、TX部分、数字部分，TX部分的EML激光器驱动器依旧采用3.3V电源电压，该方案的整体功耗为710mW，节约了160mW功耗。
相比于传统的搭配EML激光器的收发一体芯片外部搭配一颗DC/DC芯片的电源方案，将电源电压初始的3.3V降压到1.8V后供给收发一体芯片。传统方案DC/DC芯片需单独采购价格高且占用PCB板面积，不利于光模块降低成本和小型化；并且通用化的DC/DC无法满足收发一体芯片日趋数字化的设计需求。本实施方式根据收发一体芯片的功耗需求量身设计一款DC/DC内置在收发一体芯片里，该款定制的DC/DC具有面积小，性能强的特点。使得整个模块的成本功耗下降。
该DC/DC在面积上进一步优化，例如基准电压的产生可以由芯片内的带隙基准电压模块统一提供，而占据芯片版图面积最大的开关管SW，可以根据芯片的整体需求功耗合理设计它的尺寸，经过各方面的面积优化使得DC/DC模块的面积仅为0.7mm2，而单颗DC/DC的占地面积为4mm2。调整电阻R1和R2的阻值，可以改变输出电压的大小(只要收发一体芯片能够在低压情况下依旧保证性能，也可以将1.8V的电源电压下调，进一步降低整体功耗)。
实施例2、参见图3，设计两个DC/DC模块，DC/DC模块设计成多个电压输出模式，满足片内不同电源域的需求，比如设计3.6V和1.8V两个电压输出端口，VCC＝3.3V升压输出VCC2＝3.6V给EML驱动器使用，将VDC＝3.3V降压输出VCC1＝1.8V给RX部分、TX部分、数字部分。DCDC可升压或者降压，根据性能需求而定。调整输出电压的方式有激光修调和熔丝修调，一次性可编程和寄存器编程等。
本发明提出的基于EPON搭配EML的10G速率OLT收发一体芯片，在接收端RX使用高低速双通道的设计，其信号检测也分为两个相对应的部分，提高检测精度利于用户多样化的选择；在发射端TX内置了一个高速率的时钟数据恢复单元CDR，保证了将要发射的电信号的完整性，有利于激光器发射出高质量光，为了驱动超长距EML，内置的EML激光驱动器配合APC模块快速的自适应调整偏置电流使激光器获得性能最佳的发光状态；在数字部分内置了多位寄存器和高精度ADC和从I2C，将各类关键数据通过SDA信号线传递给外部，也能通过该线写入优化性能的相关模块数字量，保证收发一体芯片的接收信号和发送信号的高质量。最关键的是为了确保应用于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片能满足行业内功耗要求，量身设计一颗多元化可配置的DC/DC内嵌在芯片里，在性能和面积上取得优势，降低了外围电路的设计成本和占地面积。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。
Claims (9)
1.基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，包括突发模式接收机RX、连续模式发射机TX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；
突发模式接收机RX对每个OUN客户端传来的光信号经过突发跨阻放大器TIA放大成电信号，突发模式接收机RX设置不同速率的两个通道，两个通道择一工作，所述电信号从工作的通道中输出；
连续模式发射机TX接收PCB板衰减输出的电信号，根据衰减程度选择旁路ByPass路径传输，或经过时钟数据恢复CDR路径提高信号质量后输出，用于驱动EML激光器；
数字控制单元Digital根据外部指令控制连续模式发射机TX的路径选择；
主机通过芯片引脚RS控制突发模式RX的通道选择；
电源模块POWER用于为芯片提供工作电源；
电源模块POWER包括直流电源VDC、直流斩波器DC/DC、电阻R1和R2；
直流电源VDC为EML驱动器提供工作电源，同时，直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1分别给突发模式接收机RX、连续模式发射机TX和数字控制单元Digital提供工作电源；
直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R1的一端和芯片引脚CAP1；芯片引脚CAP1通过电容C2接地；
电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端和直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R2的另一端连接地；
直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW1；芯片引脚SW1通过电感L1连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VDC；芯片引脚VDC连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN1；芯片引脚EN1同时连接电容C1的一端和直流电源VDC的正极；电容C1的另一端接地，直流电源VDC的负极接地。
2.根据权利要求1所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，突发模式接收机RX包括一号输入缓冲器、10G速率通道、1G速率通道、电平判决单元和输出阻塞单元；
OLT端的突发跨阻放大器TIA输出信号通过芯片引脚RX_INP和RX_INN接入一号输入缓冲器的输入端，一号输入缓冲器将接收的信号发送给电平判决单元进行判断，电平判决单元将高于电平阈值的信号通过10G速率通道或1G速率通道限幅放大输出；
10G速率通道包括突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G、10G速率放大器A1和10G电流模式逻辑输出接口CML 10G，1G速率通道包括突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G、1G速率放大器A2和1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G；一号输入缓冲器的输出端同时与突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G的输入端和突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G的输入端相连，突发10G速率限幅放大器Burst LA_10G的输出端与10G电流模式逻辑输出接口CML 10G的输入端相连，10G电流模式逻辑输出接口CML 10G通过芯片引脚OUTP_10G、OUTN_10G输出10G通道信号；突发1G速率限幅放大器Burst LA_1G的输出端与1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G的输入端相连，1G正射极耦合逻辑输出接口PECL 1G通过芯片引脚OUTP_1G、OUTN_1G输出1G通道信号；
电平判决单元通过比较信号与信号阈值得出结果，并通过输出阻塞单元控制10G速率放大器A1和1G速率放大器A2的开启和关闭，以实现10G速率、1G速率通道的选择。
3.根据权利要求2所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，连续模式发射机TX包括二号输入缓冲器、旁路ByPass、时钟数据恢复CDR、EML激光器驱动器和偏置电流控制单元，
择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径；
原始高速电信号经过PCB板上的金属走线后形成的衰减信号通过芯片引脚TX_INP和TX_INN接入二号输入缓冲器，二号输入缓冲器将该衰减信号沿开通路径传输至EML激光器驱动器的输入端，EML激光器驱动器的输出端通过芯片引脚TX_OUTP连接EML激光器的控制端；
偏置电流控制单元为EML激光器驱动器配置偏置电流；
主机通过芯片引脚TXDIS向芯片发送关闭偏置电流指令来关闭连续模式发射机TX。
4.根据权利要求3所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径由数字控制单元Digital根据外部指令进行控制。
5.根据权利要求3所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，择一启动旁路ByPass或时钟数据恢复CDR路径的方式为主机自行切换通道：速率8G以下时，表征信号衰减不严重，启动旁路ByPass；当速率在8G-14G时，表征信号衰减很严重，由主机控制启动时钟数据恢复CDR路径。
6.根据权利要求3所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，数字控制单元Digital包括寄存器数字核、模数转换器ADC、从I2C和温度传感器TempSensor；
温度传感器Temp Sensor的输出端通过模数转换器ADC连接寄存器数字核的温度信号输入端；
从I2C的输入端连接时钟芯片引脚SCL；从I2C的输入输出端口连接外部指令芯片引脚SDA；从I2C的输出端连接寄存器数字核的外部指令输入端，寄存器数字核控制连续模式发射机TX的路径选择；寄存器数字核还通过控制端口实现对突发模式接收机RX和连续模式发射机TX的配置。
7.根据权利要求4所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，数字控制单元Digital中配置突发模式接收机RX的控制端口包括眼交叉点调整控制端口CPA、输出摆幅控制端口SW CTRL、输出极性反转控制端口POL CTRL和信号丢失控制端口LOSCTRL。
8.根据权利要求1所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，数字控制单元Digital中配置连续模式发射机TX的控制端口包括光功率控制端口APC、眼交叉点调整控制端口CPA、抖动优化控制端口EQ、眼图优化控制端口EO、输出极性反转控制端口POL CTRL和调制电压峰峰值控制PEAK_CTRL；
光功率控制端口APC的输入端连接监视电流芯片引脚MPD。
9.根据权利要求1所述基于EPON搭配EML的10G速率OLT端收发一体芯片，其特征在于，电源模块POWER包括直流电源VDC、直流电源VCC、一号直流斩波器DC/DC、二号直流斩波器DC/DC、电阻R1～R4；
直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1分别给突发模式接收机RX、连续模式发射机TX和数字控制单元Digital提供工作电源；
一号直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R1的一端和芯片引脚CAP1；芯片引脚CAP1通过电容C2接地；
电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端和一号直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R2的另一端连接地；
一号直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW1；芯片引脚SW1通过电感L1连接直流电源VDC的正极；
一号直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VDC；芯片引脚VDC连接直流电源VDC的正极；
一号直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN1；芯片引脚EN1同时连接电容C1的一端和直流电源VDC的正极；电容C1的另一端接地，直流电源VDC的负极接地；
二号直流斩波器DC/DC将直流电源VCC转换为直流电源VCC2并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC2为EML激光驱动器提供工作电源；
二号直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R3的一端和芯片引脚CAP2；芯片引脚CAP2通过电容C4接地；
电阻R3的另一端同时连接电阻R4的一端和二号直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R4的另一端连接地；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Jinghu Inventor after: Fan Zhang Inventor after: Lin An Inventor before: Li Jinghu Inventor before: Luo Zhicong Inventor before: Fan Zhang Inventor before: Lin An Inventor before: Tu Hanghui |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |