CN116400465A - 线性直驱光模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线性直驱光模块，包括设置在PCB印制线路板上的发射端光引擎、接收端光引擎、发射端光纤阵列和接收端光纤阵列，发射端光引擎和接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板的两侧，发射端光引擎和接收端光引擎的通道设计均采用双面交错排列，所有发射端光引擎分别布置在PCB印制线路板的顶面和底面上，所有接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板的顶面和底面上，且发射端光引擎和接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板的两侧。优点，在收发两端的光模块中取消DSP，达到降低成本、降低功耗、减少时延、改善供应链等诸多目的；光模块高速电路的走线尽可能缩减到最短，走线避免了过孔和直角锐角转弯以减少高速信号损耗和反射。
Description
技术领域
本发明涉及光模块技术领域，具体为一种线性直驱光模块。
背景技术
随着人工智能、云计算、手机和大数据的发展，对数据通讯的速率要求不断提升。因此对光模块的时延、功耗、成本等性能要求也越来越高。
由于接插件、PCB传输性能等多方面原因的限制，单通道NRZ信号传输速率只能到50G。
单通道100G信号将使用PAM4调制，即用四种不同电平进行信号编码传输，无法用简单逻辑电路处理，都需要用到高端DSP（数字信号处理器）进行信号处理。而可以处理100G高速信号的DSP，是设计难度最高的芯片之一，而通常主流CPU的主频一般只有3.4~5.3G。
全世界也只有少数几家公司能够设计制造这种DSP，几乎都需要用到最先进的3nm、5nm、7nm制程，甚至比传统主流CPU的制程还要先进。高端DSP电路非常复杂，功耗也更高，其功耗可占总体功耗50%以上，其供货交期也受到很大限制，大大增加了成本。而由于产业链的诸多限制，高端DSP短期内还很难量产。
DSP数字信号处理器成本高，功耗大，时延长，供应难。因此如何在光模块中省掉数字信号处理器DSP成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在光模块中单通道高速信号都使用PAM4调制，即用四种不同电平进行信号编码传输，无法用简单逻辑电路处理，需要用到DSP数字信号处理器做信号处理，但是DSP成本高，功耗大，时延长，供应难；因此，如何在光模块中省掉数字信号处理器成为亟待解决的问题。
采取的具体技术方案如下：
一种线性直驱光模块，包括设置在PCB印制线路板上的发射端光引擎、接收端光引擎、发射端光纤阵列和接收端光纤阵列，发射端光引擎和接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板的两侧，发射端光引擎连接发射端光纤阵列，发射端光纤阵列通过光纤连接MPO插座；接收端光引擎连接接收端光纤阵列，接收端光纤阵列通过光纤连接MPO插座；所述发射端光引擎和接收端光引擎的通道设计均采用双面交错排列，所有发射端光引擎分别布置在PCB印制线路板的顶面和底面上，所有接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板的顶面和底面上，且发射端光引擎和接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板的两侧。
对本发明技术方案的进一步优选，发射端光引擎的数量为两个，两个发射端光引擎分别放置在PCB印制线路板的顶面和底面；所述接收端光引擎的数量为两个，两个接收端光引擎分别放置在PCB印制线路板的顶面和底面。
对本发明技术方案的进一步优选，硅光调制器引擎包括八条发射通道，定义为发射通道1、发射通道2……发射通道8，发射通道的排列方式为：发射通道1、发射通道3、发射通道5和发射通道7在顶面，发射通道2、发射通道4、发射通道6和发射通道8在底面；所述硅光光电探测器包括八条接收通道，定义为接收通道1、接收通道2……接收通道8，接收通道的排列方式为：接收通道8、接收通道6、接收通道4和接收通道2在顶面，接收通道7、接收通道5、接收通道3和接收通道1在底面。
对本发明技术方案的进一步优选，发射端光引擎包括硅光调制器、硅光调制器驱动器和发射端光引擎基板，硅光调制器和硅光调制器驱动器布置在发射端光引擎基板，发射端光引擎基板连接PCB印制线路板，硅光调制器与硅光调制器驱动器连接，硅光调制器连接发射端光纤阵列，发射端光纤阵列通过光纤连接MPO插座。
对本发明技术方案的进一步优选，硅光调制器布置在靠近PCB印制线路板上的金手指位置处，目的是尽可能缩短走线。
对本发明技术方案的进一步优选，发射端光引擎基板采用钨铜基板，是为了加强散热，而且它的可加工性好，可制作出复杂形状以匹配硅光芯片、调制芯片、透镜等。
对本发明技术方案的进一步优选，PCB印制线路板上在硅光调制器的正下方挖槽，槽深大于0.2mm，槽深小于0.65mm；PCB印制线路板上在硅光调制器驱动器的正下方挖空，挖空深度大于0.9mm，其目的是为了增加散热，其中硅光调制器的正下方挖槽，不挖空，其原因是为了更好的固定硅光调制器，若是全部挖空，硅光调制器需要粘接固定PCB侧面，粘接强度不足，而且占用PCB走线空间。
对本发明技术方案的进一步优选，接收端光引擎包括硅光光电探测器、跨阻放大器和接收端光引擎基板，硅光光电探测器与跨阻放大器布置在接收端光引擎基板上，接收端光引擎基板连接PCB印制线路板，硅光光电探测器与跨阻放大器连接，硅光光电探测器连接接收端光纤阵列，接收端光纤阵列通过光纤连接MPO插座。
对本发明技术方案的进一步优选，PCB印制线路板上在跨阻放大器的正下方挖空，挖空深度大于0.9mm，其目的是为了增加散热。
本发明技术方案中提及的硅光调制器、硅光调制器驱动器、硅光光电探测器和跨阻放大器均为本领域的已知产品，本领域技术人员已知，且均为市售件。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
本发明的线性直驱光模块，在收发两端的光模块中取消DSP，从而达到降低成本、降低功耗、减少时延、改善供应链等诸多目的，具有极大的社会效益和经济效益。同时，本发明光模块中高速电路的走线尽可能缩减到最短，走线避免了过孔和直角锐角转弯以减少高速信号损耗和反射，合理的设计保留了信号的幅值信息，传输线性好，可以实现100G模拟信号传输。
附图说明
图1是实施例的光模块的立体示意图。
图2是实施例的光模块的正面视图。
图3是实施例的光模块的背面视图。
图4是实施例的光模块中接收端光引擎处的局部放大视图。
图5是本实施例PCB印制线路板的顶面视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-图5及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实施例在光模块中采用线性直驱方案，即线性低损耗直接传输八路单通道100G模拟电信号同时保留信号幅值信息，就能够在收发两端的光模块中取消DSP，从而达到降低成本、降低功耗、减少时延、改善供应链等诸多目的，具有极大的社会效益和经济效益。
如图1、2和3所示，本实施例线性直驱光模块，包括设置在PCB印制线路板9上的发射端光引擎、接收端光引擎、发射端光纤阵列1和接收端光纤阵列4。
如图1、2和3所示，发射端光引擎包括硅光调制器2、硅光调制器驱动器3和发射端光引擎基板6，硅光调制器2和硅光调制器驱动器3布置在发射端光引擎基板6，发射端光引擎基板6连接PCB印制线路板9，硅光调制器2与硅光调制器驱动器3连接，硅光调制器2连接发射端光纤阵列1，发射端光纤阵列1通过光纤8连接MPO插座7。
如图2、3和4所示，接收端光引擎包括硅光光电探测器10、跨阻放大器5和接收端光引擎基板11，硅光光电探测器10与跨阻放大器5布置在接收端光引擎基板11上，接收端光引擎基板11连接PCB印制线路板9，硅光光电探测器10与跨阻放大器5连接，硅光光电探测器10连接接收端光纤阵列4，接收端光纤阵列4通过光纤8连接MPO插座7。
现有光模块管脚定义的表1和表2，这些管脚定义已形成标准，无法改变。如果不用DSP，采用线性直驱方案，光模块中高速电路的走线要尽可能缩减到最短，走线要尽量避免过孔和直角锐角转弯以减少高速信号损耗和反射。差分走线需要等长、间距相等以便阻抗匹配。跨阻放大器和驱动器的线性度要好，增益要大且可调。
表1
表2
从表1和表2可看出，本实施例的PCB印制线路板9的上下两面都有接收（RX）和发射（TX）。发射的1、3、5、7通道和接收的8、6、4、2通道在顶面（TOP面）。接收的7、5、3、1通道和发射的2、4、6、8通道在底面（BOTTOM面）。接收发射分列在左右两侧，这样，接收发射离得较远，不至于互相影响。这些管脚定义已形成标准，无法改变。在有DSP的光模块，DSP会补偿线路上损耗和畸变并且可以调整引脚排列以便适合PCBA布局和走线。
本实施例的线性直驱光模块，硅光调制器通道也需要按照光模块的管脚定义来排列。如果放在同一面，或者不按照相应的顺讯排列，走线可能交叉，势必添加过孔到另一面。对于如此高速的信号来说，过孔带来的损耗和波形畸变是不可接受的。
本实施例中，发射端光引擎和接收端光引擎的通道设计均采用双面交错排列，所有发射端光引擎分别布置在PCB印制线路板9的顶面和底面上，所有接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板9的顶面和底面上，且发射端光引擎和接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板9的左右两侧，即，发射端光引擎布置在PCB印制线路板9的一侧，接收端光引擎布置在PCB印制线路板9的另一侧。如图1、2和3所示。
本实施例的线性直驱光模块，发射端光引擎的数量为两个，两个发射端光引擎分别放置在PCB印制线路板9的顶面和底面；所述接收端光引擎的数量为两个，两个接收端光引擎分别放置在PCB印制线路板9的顶面和底面。
硅光调制器引擎包括八条发射通道，定义为发射通道1、发射通道2……发射通道8，发射通道的排列方式为：发射通道1、发射通道3、发射通道5和发射通道7在顶面，发射通道2、发射通道4、发射通道6和发射通道8在底面；所述硅光光电探测器包括八条接收通道，定义为接收通道1、接收通道2……接收通道8，接收通道的排列方式为：接收通道8、接收通道6、接收通道4和接收通道2在顶面，接收通道7、接收通道5、接收通道3和接收通道1在底面。发射和接收通道的顺序也与金手指的引脚定义一致。这样一一连接，都从PCB上下表面走线，无交叉无过孔，长度也最短。有利于提高线路高频性能。只是光纤的连接需要定制，顺序有交叉。但是光纤对交叉、转弯并不敏感，不影响光模考的高频性能。
本实施例中，硅光调制器2布置在靠近PCB印制线路板9上的金手指位置处，目的是尽可能缩短走线。
如图5所示，图中看到八条高速走线12，包括上方四条较短的发射端到金手指的走线好下方4条较长的接收端到金手指的走线。
如图5所示，图中可以看出，走线无交叉无过孔，无直角锐角转弯，弧线均匀流畅，对提高PCB高频性能有很大帮助，这是本实施例双面交错结构合理排列带来的结果。实测传输误码率低于1E-6，完全可以满足100G模拟信号传输的要求。
本实施例中，发射端光引擎基板采用钨铜基板，是为了加强散热，而且它的可加工性好，可制作出复杂形状以匹配硅光芯片、调制芯片、透镜等。
本实施例中，PCB印制线路板9上在硅光调制器2的正下方挖槽，槽深大于0.2mm，槽深小于0.65mm；PCB印制线路板9上在硅光调制器驱动器3的正下方挖空，挖空深度大于0.9mm，其目的是为了增加散热，其中硅光调制器2的正下方挖槽，不挖空，其原因是为了更好的固定硅光调制器2，若是全部挖空，硅光调制器2需要粘接固定PCB侧面，粘接强度不足，而且占用PCB走线空间。PCB印制线路板9上在跨阻放大5的正下方挖空，挖空深度大于0.9mm，其目的是为了增加散热。
本实施例的线性直驱光模块，在收发两端的光模块中取消DSP，从而达到降低成本、降低功耗、减少时延、改善供应链等诸多目的，具有极大的社会效益和经济效益。同时，本发明光模块中高速电路的走线尽可能缩减到最短，走线避免了过孔和直角锐角转弯以减少高速信号损耗和反射。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种线性直驱光模块，包括设置在PCB印制线路板（9）上的发射端光引擎、接收端光引擎、发射端光纤阵列（1）和接收端光纤阵列（4），其特征在于，发射端光引擎和接收端光引擎采用双面交错排列，所有发射端光引擎分别布置在PCB印制线路板（9）的顶面和底面上，所有接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板（9）的顶面和底面上；发射端光引擎连接发射端光纤阵列（1），发射端光纤阵列（1）通过光纤（8）连接MPO插座（7）；接收端光引擎连接接收端光纤阵列（4），接收端光纤阵列（4）通过光纤（8）连接MPO插座（7）；发射端光引擎和接收端光引擎分别布置在PCB印制线路板（9）的两侧。
2.根据权利要求1所述的线性直驱光模块，其特征在于，所述发射端光引擎的数量为两个，两个发射端光引擎分别放置在PCB印制线路板（9）的顶面和底面；所述接收端光引擎的数量为两个，两个接收端光引擎分别放置在PCB印制线路板（9）的顶面和底面。
3.根据权利要求2所述的线性直驱光模块，其特征在于，所述发射端光引擎包括八条发射通道，定义为发射通道1、发射通道2……发射通道8，发射通道的排列方式为：发射通道1、发射通道3、发射通道5和发射通道7在顶面，发射通道2、发射通道4、发射通道6和发射通道8在底面；所述接收端光引擎包括八条接收通道，定义为接收通道1、接收通道2……接收通道8，接收通道的排列方式为：接收通道8、接收通道6、接收通道4和接收通道2在顶面，接收通道7、接收通道5、接收通道3和接收通道1在底面。
4.根据权利要求1所述的线性直驱光模块，其特征在于，所述发射端光引擎包括硅光调制器（2）、硅光调制器驱动器（3）和发射端光引擎基板（6），硅光调制器（2）和硅光调制器驱动器（3）布置在发射端光引擎基板（6），发射端光引擎基板（6）连接PCB印制线路板（9），硅光调制器（2）与硅光调制器驱动器（3）连接，硅光调制器（2）连接发射端光纤阵列（1），发射端光纤阵列（1）通过光纤（8）连接MPO插座（7）。
5.根据权利要求4所述的线性直驱光模块，其特征在于，硅光调制器（2）布置在靠近PCB印制线路板（9）上的金手指位置处。
6.根据权利要求4所述的线性直驱光模块，其特征在于，发射端光引擎基板采用钨铜基板。
7.根据权利要求6所述的线性直驱光模块，其特征在于，所述PCB印制线路板（9）上在硅光调制器（2）的正下方挖槽，槽深大于0.2mm，槽深小于0.65mm；PCB印制线路板（9）上在硅光调制器驱动器（3）的正下方挖空，挖空深度大于0.9mm。
8.根据权利要求1所述的线性直驱光模块，其特征在于，所述接收端光引擎包括硅光光电探测器（10）、跨阻放大器（5）和接收端光引擎基板（11），硅光光电探测器（10）与跨阻放大器（5）布置在接收端光引擎基板（11）上，接收端光引擎基板（11）连接PCB印制线路板（9），硅光光电探测器（10）与跨阻放大器（5）打线连接，硅光光电探测器（10）连接接收端光纤阵列（4），接收端光纤阵列（4）通过光纤（8）连接MPO插座（7）。
9.根据权利要求8所述的线性直驱光模块，其特征在于，PCB印制线路板（9）上在跨阻放大器（5）的正下方挖空，挖空深度大于0.9mm。
10.根据权利要求1所述的线性直驱光模块，其特征在于，PCB印制线路板（9）的高速电路上无过孔。
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