CN202512273U - 一种 40g/100g cfp 可插拔光电收发模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种 40G/100G CFP 可插拔光电收发模块，结构为MDIO数据控制与管理接口一端与CFP连接器的交换机设备连接，另一端与微控制器与存储器连接，微控制器与存储器分别与探测器电路单元、激光器电路单元相连；CFP连接器的交换机设备的接收数据端与探测器电路单元连接；CFP连接器的交换机设备的发射数据端与激光器电路单元相连，并提供带参考时钟信号的电源信号给激光器电路单元，探测器电路单元的准直器连接在线端的光信号输入，激光器电路单元的波分复用器连接在线端的光信号输出。本实用新型不仅可满足客户对产品提出的要求，也可提高生产效率，根据后期光网络及云计算的发展需要进行适当的升级与改进，进而体现出本实用新型的可延续性。

Description

一种 40G/100G CFP 可插拔光电收发模块

技术领域

本实用新型主要用于通信骨干网络和超长距离干线网络信号的传输，特别是用于运营商改扩建和新建网络中，所必须的40G/100G传输设备中的CFP（C Form-Factor Plugable）可插拔光电收发模块。 

背景技术

随着近年来网络发展、数据下载、视频传输数据、云计算的高容量需求的不断增加，运营商不得不提高用户端和企业客户端的带宽。因此，针对一些骨干网络和长途干线网络，改建和扩建的扩容需求就提上了日程。而网络扩容中的重点又取决于高速甚至超高速的网络设备，运行商因此也对设备商提出了更高一些的设备集成及系统兼容性能。因此，设备商所需要的40G/100G 光电转换收发一体模块的需求提上议程。基于现在实际商用的情况和要求，以及兼容之前的部分骨干网络，因此大多数主流光电模块生产商都选择了10G光电收发一体模块作为蓝本，进而开发及生产40G/100G光电收发一体模块。 

10G的光电模块已经大面积的商用，目前市场上主流的有2种模块－SFP+和XFP如图1所示。其中2者的不同点仅在于XFP比SFP+多了一个CDR(时钟与数据恢复功能)。而40G/100G的 CFP光电收发模块，对于温度、色散及频谱效率的增加有更加严格要求。因此相比XFP模块，CFP模块在内部的电路设计和光学器件的内部组合更加复杂。 

目前最市场上的主流万兆XFP光模块内部主要构成如图1所示，包括一个激光器驱动、一个探测器限放、一个时钟数据恢复、一个万兆激光器组件、一个万兆探测器组件、MCU单片机及EEPROM储存器，XFP模块上电后，电流通过PCB激光器驱动芯片后给前端的激光器信号，而后激光器的PD接到电信号后，从前置的TO-CAN LD变成光信号输出；光信号通过客户实际要求传输距离后，回到探测器的LD光接口，经过PIN-TIA光电二极管变成电信号，通过探测器驱动芯片并结合时钟恢复数组回到交换机的MAC从而形成回路通信。在模块工作的同时，MCU单片机通过软件实施读取与记录模块实时的一些数据，譬如光功率、工作电流、电压等等。EEPROM存储器则存储该款XFP模块的一些标准信息。以上监控和存储信息均符合国际SFF-8472\INF-8077i协议要求。 

发明内容

本实用新型的目的为了应对运营商要求的网络扩容、提速和云计算的需要，在充分考虑到当前商用和后期网络扩容需求的条件下，提供一种可供客户选择的40G/100G CFP可插拔光电收发模块,本实用新型符合国际IEEE802.3ba标准和CFP MSA协议。 

本实用新型的技术方案为： 

一种 40G/100G CFP 可插拔光电收发模块，包括数据控制与存储单元、探测器电路单元、激光器电路单元；所述的数据控制与存储单元由MDIO数据控制与管理接口、微控制器与存储器组成，MDIO数据控制与管理接口一端与CFP连接器的交换机设备连接，另一端与微控制器与存储器连接，微控制器与存储器分别与探测器电路单元、激光器电路单元相连；CFP连接器的交换机设备的接收数据端与探测器电路单元的40G或100G限制放大器芯片及时钟数据恢复数组连接，光信号由LC形或者MPO型光接口输入后，最终转换成电信号回到CFP连接器的交换机设备；CFP连接器的交换机设备的发射数据端与激光器电路单元的40G或100G激光驱动器芯片数组相连，并提供带参考时钟信号的电源信号给激光器电路单元，探测器电路单元的准直器连接在线端的光信号输入，激光器电路单元的波分复用器连接在线端的光信号输出。 

所述的探测器电路单元由准直器、解波分复用器、4通道或12通道PIN-TIA二极管探测器数组、40G或100G限制放大器芯片及时钟数据恢复数组组成，其中输入光从LC形光接口或者MPO型光接口输入到探测器电路单元的准直器，然后光通过准直器对准后又通过解波分复用器把1路光变成4路或者12路，后经过4通道或者12通道PIN-TIA二极管探测器数组耦合后，光信号转变成为电信号与相对应的40G或100G限制放大器芯片及时钟数据恢复数组连接后，最终电信号返回到带有CFP连接器的交换机设备。 

所述的激光器电路单元由40G或100G激光驱动器芯片数组、4通道或12通道激光器数组、波分复用器组成，CFP连接器的交换机设备电信号从交换机设备内部提供时钟型号给激光器电路单元中的40G或100G激光驱动器芯片数组，而后电信号进入到4通道或者12通道的激光器数组，转变成4路或12路光信号后，通过波分复用器耦合后变成1路光信号，最后通过LC形光接口或者MPO型光接口输出。 

本实用新型的电信号从交换机设备的MAC处发送出带参考时钟信号的电源信号通过激光器电路单元后从另一端转变为光信号传输；然后从在线 端接收回通信数据后，经过探测器电路单元把光信号又转变成为电信号，最终在交换机设备的MAC处接收反馈回来的信号。在模块的电光、光电转换的过程中，所有的数据均可通过电脑或者设备内置的功能实时监控，微控制器与存储器中存储一些光收发模块的核心参数，从而起到诊断网络或者参数告警的功能。 

本实用新型结合其实际商用的情况和产品成本及原材料的考虑，不仅可以满足客户对产品提出的要求，也可以提高生产效率，根据后期光网络及云计算的发展需要进行适当的升级与改进，进而体现出该款产品的可延续性。 

附图说明

图1为常规万兆XFP收发一体模块构成图。 

图2为本实用新型的光电模块构成图。 

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步的描述。 

如图1所示，该XFP光收发模块为单通道解决方案；包括1个万兆的激光器、探测器、1颗万兆的激光器驱动IC芯片、1颗带时钟与数据恢复的限放IC芯片及1颗模拟数字和寄存控制光收发模块通信的MCU单片机。该款方案组成也仅仅只能满足万兆(10G)及低速的信号通信及传输，而满足不了现在超高速、大容量以及云计算的要求，因而，只能在基于该款方案的基础上进行创新与改进。 

下面结合附图详细描述本实用新型，本实用新型所用部件都可市场购买得到。 

实施例： 

本实用新型如图2所示，该CFP光收发模块大体上分为3个核心组成部分，数据控制与存储单元、探测器电路单元、激光器电路单元；数据控制与存储单元由MDIO数据控制与管理接口、微控制器、存储器组成；通过电脑上层界面和底层协议从微控制器送出指令来配置40G/100G激光器和探测器芯片参数、存储器信息和MDIO的通讯协议；其中通过配置后的寄存器通过软件功能可以模拟出数字诊断功能，A0H地址和A2H地址均可满足国际SFF-8472协议。探测器电路单元和激光器电路单元则是核心单元。尤其在电路设计这一块，可能还设计到温度补偿电路、制冷电路、波长可调节电路等技术难点。该难点亦是今后网络扩容的必须要克服和解决的问题。 

电信号结合设备中的参考时钟从设备传输到40G/100G CFP模块的后，首先是通过IC芯片厂家提供的支持VCSEL\DFB\EML的激光器驱动芯片后， 然后再通过激光器数组。其中电信号（发射端数据）从图2中从右向左传递信号，通过激光器的PD后，且高效率的耦合后，信号再由前置的激光器LD发射出来通过准直器准对后，最后通过波分复用器输出高效的40G或者100G的光信号。若选择4通道的10Gb/s 1310nm相邻4通道的激光器时候，相对应的PD、准直器也应为4支，且波分复用器此时则是4通道的单模粗波分复用器。此时，该款CFP光电模块则为40GBASE-LR4。若客户选择的是4通道的25Gb/s的1310nm相邻4通道的激光器时候，则该款CFP可插拔光电收发模块则为100GBASE-LR4。此时的光纤类型接口则是传统的双联LC形光接口。若选择4通道的10Gb/s 850nm VCSEL激光器的时候，则对应的PD依然为4个，此时则选择多模的波分复用器，而是通过耦合把4路光信号连接起来，通过MPO型光接口转换成光信号输出，此时则是40GBase-SR10 CFP可插拔光电收发模块。若选择12通道的 10Gb/s 850 VCSEL激光器，则对应的PD就为12个，同理，此时则需要通过束状带纤把12路信号耦合后连接起来再MPO连接器输出。此时，该款模块则是100GBase-SR10。本实用新型的激光器内部实际是根据客户的应用来进行配置，当光电收发模块是多模的时候，则选择多模的波分复用器和准直器；当光电收发模块是单模的时候，则需要加上单模的波分复用器和准直器，从而达到耦合后高效率对准对效果。 

光信号（接收端数据）通过在线端的传输后，信号返回到探测器电路单元。首先，通过一个准直器接收到进来的光后，然后通过解复用波分复用器在把1路光信号解复用成4路光信号，然后从左到右通过图2中的准直器、PD、TIA。此时光信号通过光电探测器数组后变为了电信号，最后通过限制放大器芯片和时钟数据模组后，最终回到交换机设备的MAC地址完成长距离电信号和光信号之间的互转。同激光器数组一样，若选择4通道的10Gb/s或者25Gb/s的探测器数组，此时相对应的光电二极管也为经过高效率耦合后的4通道PIN-TIA；若客户选择12通道的10Gb/s探测器数组，则从在线端输入的进光将不会通过解波分复用器和准直器，而是通过同一款MPO型光接口收到光后直接在内部把信号分成12路，回到经过耦合后的光电二极管，在通过限制放大器芯片和时钟数据恢复数组回到交换机设备的MAC地址。 

在激光器电路单元和探测器电路单元工作的同时，微控制器也会根据在电脑软件写进控制器和存储器的信息，来实时的监控与记录传输数据。若在CFP可插拔光电收发模块工作的同时，因内部温度过高、散热不及时造成模块不能工作的话，那么模块在设备上也会适时的显示出告警提示。 若在模块自身可接收的范围内，它则会根据电路和芯片及激光器、探测器的性能优化，作出最为恰当的参数配置从而在保持通信的同时延长模块的使用寿命。 

本实用新型中采用的芯片数组、激光器数组和探测器数组虽然大部分都是通过10G或者25G的光器件拼装耦合而来，在体积和性能上没有单一40G或者100G的器件那么出色，但是结合其实际商用的情况和产品成本及原材料的考虑，不仅可以满足客户对产品提出的要求，也可以提高生产之间的工艺，根据后期光网络及云计算的发展需要进行适当的升级与改进，进而体现出该款产品的可延续性。 

综上所诉，本实用新型设计了一种40G/100G CFP可插拔光电收发模块。该光电模块一端连接在线端的光信号输入与输出，另一端则连接交换机或其它带CFP连接器设备。光纤激光器数组与光纤探测器数组间用MPO或者LC形光纤跳线相连接信号的输入与输出，从而可以替代成本昂贵的同轴电缆和铜缆，达到超高速短距离和长距离信号的传输与交换。 

以上实用新型方案对于行业内的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的情况下作出若干修改，这些修改也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (3)

1.一种 40G/100G CFP 可插拔光电收发模块，包括数据控制与存储单元、探测器电路单元、激光器电路单元；所述的数据控制与存储单元由MDIO数据控制与管理接口、微控制器与存储器组成，其特征在于：MDIO数据控制与管理接口一端与CFP连接器的交换机设备连接，另一端与微控制器与存储器连接，微控制器与存储器分别与探测器电路单元、激光器电路单元相连；CFP连接器的交换机设备的接收数据端与探测器电路单元的40G或100G限制放大器芯片及时钟数据恢复数组连接；CFP连接器的交换机设备的发射数据端与激光器电路单元的40G或100G激光驱动器芯片数组相连，并提供带参考时钟信号的电源信号给激光器电路单元，探测器电路单元的准直器连接在线端的光信号输入，激光器电路单元的波分复用器连接在线端的光信号输出。

2.根据权利要求1所述的40G/100G CFP 可插拔光电收发模块，其特征在于：所述的探测器电路单元由准直器、解波分复用器、4通道或12通道PIN-TIA二极管探测器数组、40G或100G限制放大器芯片及时钟数据恢复数组组成，其中输入光从LC形光接口或者MPO型光接口输入到探测器电路单元的准直器，然后光通过准直器对准后又通过解波分复用器把1路光变成4路或者12路，后经过4通道或12通道PIN-TIA二极管探测器数组耦合后，光信号转变成为电信号与相对应的40G或100G限制放大器芯片及时钟数据恢复数组连接后，最终电信号返回到带有CFP连接器的交换机设备。

3.根据权利要求1所述的40G/100G CFP 可插拔光电收发模块，其特征在于：所述的激光器电路单元由40G或100G激光驱动器芯片数组、4通道或12通道激光器数组、波分复用器组成，CFP连接器的交换机设备电信号从交换机设备内部提供时钟型号给激光器电路单元中的40G或100G激光驱动器芯片数组，而后电信号进入到4通道或者12通道的激光器数组，转变成4路或12路光信号后，通过波分复用器耦合后变成1路光信号，最后通过LC形光接口或者MPO型光接口输出。 

Images