CN202841143U - 一种兼容lr4和er4的40ge cfp光模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种兼容LR4和ER4的40GECFP光模块，包括接收通道单元、发射通道单元、MDIO管理控制单元和MCU单元，所述接收通道单元、发射通道单元和MDIO管理控制单元分别与所述MCU单元连接，所述接收通道单元包括依次连接的兼容APD和PIN的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR；所述兼容APD和PIN的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR分别与所述MCU单元连接。本实用新型很好的实现了兼容LR4和ER4的CFP光模块，降低了成本和系统复杂度。
Description
技术领域
本实用新型涉及以太网光通信技术领域，特别是一种兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块。
背景技术
随着以太网通信业务和应用的不断推出，并且伴随互联网用户数得不断提高，当前互联网的网络带宽的需求远远不能满足要求。特别是以大型数据中心和以太网互联节点为代表的数据中心应用中，传统的10GE带宽已经满足不了实际需求，不得不开发下一代高速的40GE/100GE以太网技术。电气电子工程师学会(IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineering)组织对40GE/100GE以太网进行了定义，并且发布了IEEE802.3ba标准。
CFP模块标准是多源协议组织(MSA: Multi-sources Agreement)定义的针对40GE/100GE应用的光收发模块，其主要特点是：小尺寸和支持热插拔，输出并行40GE/100GE信号。同时为了有针对性地匹配各种独立的应用场景，定义了三种模块指标：传输100米(SR4)，传输10公里(LR4)和传输40公里(ER4)。
对于并行40GE的CFP模块，如果要达到40公里的传输距离，必须要使用APD接收机，而10公里短距离传输的CFP模块可以使用PIN接收机就能达到系统要求。针对目前的10公里和40公里传输应用，需要采用两种不同的设计方案，其主要区别在于：
为了提高40公里的传输距离，必须要使用APD(雪崩二极管)探测器来提高接收机灵敏度，而10公里的应用就可以直接使用PIN接收机。因此40GE-LR4和40GE-ER4的唯一区别就是使用了不同的探测器。由于探测器的不相同，导致光接收电路部分硬件设计需要区别设计，40公里方案中需要设计４路APD升压电路提高APD偏置电压到20伏以上；同时为了处理温度变化的挑战，需要实时采集ROSA(光接收机组件)的温度并对APD偏压进行修正以达到最好的接收性能，因此还需要增加温度采集和APD电压DAC设计电路。
目前也有很多尝试直接使用PIN探测器应用于40GE-ER4模块，但是需要更加复杂的高频信号处理电路和使用FEC技术达到CFP标准规定的技术要求。在这种方案下，虽然ROSA器件已经相同，但是40GE-ER4／40GE-LR４的接收电路也需要单独设计，还是无法达到完全兼容。同时，现有模块开发技术在APC控制和电源管理等方面有一定的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，包括接收通道单元、发射通道单元、MDIO管理控制单元和MCU单元，所述接收通道单元、发射通道单元和MDIO管理控制单元分别与所述MCU单元连接，所述接收通道单元包括依次连接的兼容APD和PIN 的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR；所述兼容APD和PIN 的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR分别与所述MCU单元连接。
在接收通道单元上设计兼容APD和PIN的ROSA安装电路，具体实现时将接受通道上的各个电路模块集成设计到一张PCB板上，当需要实现40GE-LR4传输时(即使用PIN探测器)，在PCB上只贴装PIN探测器相关元器件；而当需要实现40GE-ER4传输时(即使用APD探测器)，在PCB上只贴装APD探测器相关电路元器件。通过上述设计可以达到兼容40GE-LR4和40GE-ER4的设计要求。
优选的，所述发射通道单元包括依次连接的均衡器EQ、时钟数据恢复电路CDR、激光器驱动器LDD、调制激光器；所述均衡器EQ、时钟数据恢复电路CDR、激光器驱动器LDD、调制激光器分别与所述MCU单元连接。 MCU单元实现对发射通道内各电路模块的光电参数进行监控，并且根据实时监控值对发射通道单元和接收通道单元内各个电路模块进行配置、管理。
优选的，所述调制激光器为直接调制激光器DML。
所述MCU单元依次通过数模转换电路DAC、高压驱动单元与所述ROSA安装电路连接；所述ROSA安装电路通过电流和温度采集单元与所述MCU单元连接。所述MCU单元根据采集的到的接收通道单元上的ROSA安装电路上的探测器的电流和温度数据对探测器进行控制。
优选的，所述MCU单元依次通过驱动电流控制单元与所述调制激光器连接；所述激光调制器通过电流和温度采集单元与所述MCU单元连接。MCU单元对电流和温度采集单元送来的监控电流值和温度值计算处理后，通过驱动电流控制单元控制调制激光器来实现发射光功率的自动功率控制APC，提高发射光功率的稳定性。
作为优选方案，该光模块还包括两个电源管理单元， 一个电源管理单元与发射通道单元连接，另一个电源管理单元与接收通道单元连接；所述两个电源管理单元均与所述MCU单元连接。两个电源管理单元在MCU单元控制下实现对接收通道单元和发射通道单元的负载均衡控制和快速开关电源管理。
其中，所述两个电源管理单元和MCU单元分别连接有上电时序控制电路。确保MCU单元、发射通道单元和接收通道单元电路的上电时序，避免电路不可控的意外发生。
优选的，所述上电时序控制电路为可控缓启动电路。
所述可控缓启动电路与外部主机电源接口连接以获得外部电源供给。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
本实用新型在接收通道单元上设计兼容APD和PIN的ROSA安装电路，具体实现时将接收通道单元上的各个电路模块集成设计到一张PCB板上，当需要实现40GE-LR4传输时(即使用PIN探测器)，在PCB上只贴装PIN探测器相关元器件；而当需要实现40GE-ER4传输时(即使用APD探测器)，在PCB上只贴装APD探测器相关电路元器件。通过上述设计可以达到兼容40GE-LR4和40GE-ER4的设计要求，降低成本和光模块设计复杂度。在本实用新型的优选方案中，所述MCU单元通过电流和温度采集单元采集到的电流和温度数据计算处理调整发射光功率，提高发端发射功率稳定性；采用分布式电源管理单元，实现共性能的系统时间要求和功耗要求。
附图说明
图1是本实用新型具体实施例的电路结构框图。
图2是本实用新型具体实施例接收通道单元控制电路框图。
图3是本实用新型具体实施例发送通道单元功率控制电路框图。
图4是本实用新型具体实施例的电源管理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例
如图1所示，本实施例的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，包括接收通道单元、发射通道单元、MDIO管理控制单元和MCU单元，所述接收通道单元、发射通道单元和MDIO管理控制单元分别与所述MCU单元连接，所述接收通道单元包括依次连接的兼容APD和PIN 的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR；所述兼容APD和PIN 的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR分别与所述MCU单元连接。
在接收通道单元上设计兼容APD和PIN的ROSA安装电路，具体实现时将接收通道单元上的各个电路模块集成设计到一张PCB板上，当需要实现40GE-LR4传输时(即使用PIN探测器)，在PCB上只贴装PIN探测器相关元器件；而当需要实现40GE-ER4传输时(即使用APD探测器)，在PCB上只贴装APD探测器相关电路元器件。通过上述设计可以达到兼容40GE-LR4和40GE-ER4的设计要求，降低成本和光模块设计复杂度。
其中，所述发射通道单元包括依次连接的均衡器EQ、时钟数据恢复电路CDR、激光器驱动器LDD、直接调制激光器DML；所述均衡器EQ、时钟数据恢复电路CDR、激光器驱动器LDD、直接调制激光器DML分别与所述MCU单元连接。
工作时，所述MDIO管理控制单元负责接收和响应主机发送的MDIO管理和查询命令，同时响应硬件控制命令。MCU单元负责对发射通道单元和接收通道单元进行控制和DDM监控，并且及时地上报DDM数据给MDIO管理控制单元，MDIO管理控制单元将信息上报主机。MCU单元实现对发射通道内各电路模块的光电参数进行监控，并且根据实时监控值对发射通道单元和接收通道单元内各个电路模块进行配置、管理，MCU单元可根据温度等各项参数数据不断调整各个电路工作状态，提高了整个光模块信号接收和发送的性能。发射通道单元和接收通道单元内的各个电路模块本身可将模拟信号转换为数字信号再送至MCU单元，也可以外加模数转换器件ADC实现模数转换，本实施例采用前者。
具体的，主机输入4路10G发送电信号进入CFP模块的发射通道单元以后，首先均衡器EQ进行相位均衡处理, 接着时钟数据恢复电路CDR进行时钟数据恢复处理，然后激光器驱动器LDD驱动直接调制激光器DML将４路10G发送电信号转换为光信号，最后直接调制激光器DML输出4*10G光信号经过一个1:4的光复用器复用到一根光纤上输出至传输网络。
接收通道单元从传输网络接收的光信号经过一个4:1的光解复用器De-MUX以后分成４路10G光信号，经兼容APD和PIN的ROSA安装电路上的探测器转换成电信号后，通过线性放大器LA放大，放大后的信号输入时钟数据恢复电路CDR进行时钟数据恢复处理，时钟数据恢复电路CDR处理后的4路10G信号输入主机。上述时钟数据恢复电路CDR进行时钟数据恢复处理，可同步时钟信号，提高该光模块信号接收和发送的性能。
图2是接收通道单元控制电路框图，所述MCU单元依次通过数模转换电路DAC、高压驱动单元与所述ROSA安装电路连接；所述ROSA安装电路通过电流和温度采集单元与所述MCU单元连接。所述MCU单元根据采集到的接收通道单元上的ROSA安装电路上的探测器的电流和温度数据，计算处理后通过数模转换电路DAC转换信号格式，再通过高压驱动单元输出控制电压到ROSA安装电路上的探测器（APD或PIN）进行电压修正，提高信号接收的效果。
参看图3所示的发送通道单元功率控制电路框图，所述MCU单元依次通过驱动电流控制单元与所述直接调制激光器DML连接；所述直接调制激光器DML通过电流和温度采集单元与所述MCU单元连接。MCU单元通过所述电流和温度采集单元采集到的电流和温度数据计算出实时发射光功率， 如果光功率比预设输出值低，则MCU单元控制驱动电流控制单元增加驱动电流输出，直到输出功率达到预定值为止，反之亦然。这种方式可以非常灵活的控制输出光功率，实现发射光功率的自动功率控制APC，提高发射光功率的稳定性。
参看图4所示的电源管理框图，作为本实用新型的一种改进方案，该光模块还包括两个电源管理单元，一个电源管理单元与发射通道单元连接，另一个电源管理单元与接收通道单元连接；所述两个电源管理单元均与所述MCU单元连接。两个电源管理单元在MCU单元控制下实现对接收通道单元和发射通道单元的负载均衡控制和快速开关电源管理。CFP标准要求有Low-Power 、High-Power 和Ready三个电源功率严格控制的状态，因此设计2个独立的电源管理单元可以快速的进入相关的状态，防止通过MCU单元对接收通道单元和发射通道单元内的电路进行一系列的指令操作导致延时而无法达到系统的状态迁移时间要求。
所述两个电源管理单元和MCU单元分别连接有上电时序控制电路，优选为可控缓启动电路，所述三个可控缓启动电路与外部主机电源接口连接以获得外部电源供给。这样就保证了MCU单元、发射通道单元和接收通道单元三个部分的电路的上电时序要求，３个独立的可控缓启动电路防止某些电路因上电时序紊乱导致意外的事故发生。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，包括接收通道单元、发射通道单元、MDIO管理控制单元和MCU单元，所述接收通道单元、发射通道单元和MDIO管理控制单元分别与所述MCU单元连接，其特征在于，所述接收通道单元包括依次连接的兼容APD和PIN 的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR；所述兼容APD和PIN 的ROSA安装电路、线性放大器LA、时钟数据恢复电路CDR分别与所述MCU单元连接。
2.根据权利要求1所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，所述发射通道单元包括依次连接的均衡器EQ、时钟数据恢复电路CDR、激光器驱动器LDD和调制激光器；所述均衡器EQ、时钟数据恢复电路CDR、激光器驱动器LDD和调制激光器分别与所述MCU单元连接。
3.根据权利要求2所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，所述调制激光器为直接调制激光器DML。
4.根据权利要求1至3任一项所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，所述MCU单元依次通过数模转换电路DAC、高压驱动单元与所述ROSA安装电路连接；所述ROSA安装电路通过电流和温度采集单元与所述MCU单元连接。
5.根据权利要求4所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，所述MCU单元依次通过驱动电流控制单元与所述调制激光器连接；所述激光调制器通过电流和温度采集单元与所述MCU单元连接。
6.根据权利要求1或2或3所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，还包括两个电源管理单元，一个电源管理单元与发射通道单元连接，另一个电源管理单元与接收通道单元连接；所述两个电源管理单元均与所述MCU单元连接。
7.根据权利要求6所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，所述两个电源管理单元和MCU单元分别连接有上电时序控制电路。
8.根据权利要求7所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，所述上电时序控制电路为可控缓启动电路。
9.根据权利要求8所述的兼容LR4和ER4的40GE CFP光模块，其特征在于，所述可控缓启动电路与外部主机电源接口连接。
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