CN203377886U

CN203377886U - 一种带ddm功能的1×9低速率光模块

Info

Publication number: CN203377886U
Application number: CN201320514323.3U
Authority: CN
Inventors: 刘宇然; 黄晓雷
Original assignee: EOPTOLINK TECHNOLOGY Inc Ltd
Current assignee: EOPTOLINK TECHNOLOGY Inc Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-08-22

Abstract

本实用新型公开了一种带DDM功能的1×9低速率光模块，包括发射端依次连接的激光二极管驱动单元和激光二极管，接收端依次连接的光电二极管、镜像电流源和限幅放大器；所述激光二极管驱动单元通过出光功率补偿电路与所述激光二极管连接，所述出光功率补偿电路为并联的第一热敏电阻和第一电阻；所述镜像电流源连接有第二电阻，用于将所述光电二极管输出的电流信号的镜像电流信号转化为电压信号后通过所述限幅放大器放大输出。本实用新型光模块可以传输速率从DC到1Mpbs的低速率信号，即使信号没有进行信道编码，也可以顺利传输，光模块发射端和接收端的串扰较小，抗干扰能力强。

Description

一种带DDM功能的1×9低速率光模块

技术领域

本实用新型涉及光模块领域，具体涉及一种带DDM功能的1×9低速率光模块。

背景技术

在光通信的很多应用中，特别是在终端设备上，通常集成了大量的光模块。此时，对每个光模块的工作状态进行监控是很有必要的。具有DDM功能的光模块，终端设备可以基于SFF-8472协议实时、准确地对每个光模块的工作状态和参数进行检测、校准和控制；而不具备DDM功能的光模块，要实现对每个光模块的实时监控是非常困难的。

1×9光模块由于其结构简单、成本低、可靠性高等特点，已被广泛应用于光纤通信领域。目前，已有对带DDM功能1×9的管脚及功能实现的定义，如中国专利《一种带数字诊断功能的1×9光模块》（申请号：201120023061.1，授权公告号：CN 202004761 U），这些方案的实现如下：采用差分数据输入、输出，数据的信号类型通常为Pecl、CML或者LVDS；采用APC电路对发射功率进行控制；采用TIA对接收信号进行转化及增益控制；应用数字诊断功能芯片及EEPROM对模块的各个参数进行监控及存储。应用这类方案，1×9光模块的通信速率可以做到数Mbps到数Gbps，实现高速的信息传输。

然而，这种1×9 光模块的应用范围在一些应用领域中是受到限制的。一些工业生产中设备的状态信号、工作参数及控制信号的传输，往往是不需要太高的数据传输速率的，传输速率只需要数kbps甚至更低，这样的低频信号即使进行了信道编码，APC电路及TIA的AGC控制带来的低频截止问题也将可能使得光模块无法正常工作。设备周围电磁环境复杂，电信号在传输过程中容易受到干扰产生畸变从而导致可靠性降低，而支持高速率传输的信号电平信号摆幅通常较小，噪声容限较低，光模块可靠性降低。在有限的9个管脚中，拿出两个来做I²C总线接口，并且收发数据都采用差分信号，这样只有一个电源脚及一个地脚，由于1×9光模块pcb形状的限制，此时的电流回路会非常大，抗电磁干扰能力减弱，同时带来发端和収端串扰的问题。因此在这些应用环境中，我们需要的是工作速率能够从DC到1Mpbs、传输噪声容限更大的1×9 DDM低速率光模块。

综上所述，也就是说，现有的带DDM功能的1×9低速率光模块方案，采用管脚定义为:1、SDA；2、RD+；3、RD-；4、LOS；5、SCL；6、Vcc；7、TD-；8、TD+；9、Vee。基于该管脚定义，数据的发送和接受均采用差分形式，拿出了传统1×9光模块的収端电源和地作为I²C总线接口。在电路中，采用APC电路对发射功率进行自动控制，接收端采用TIA对接收信号进行转化及增益控制，其存在以下问题：

1）APC电路及TIA的自动增益控制存在低频截止，无法收发低速信号；

2）整个光模块只有一个电源脚和一个地脚，由于1×9光模块pcb形状的特殊性，导致电流回路较大，容易导致发射端和接收端的串扰，并且抗干扰能力较差。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种全新的带DDM功能的1×9低速率光模块，该光模块可以传输速率从DC到1Mpbs的低速率信号，即使信号没有进行信道编码，也可以顺利传输。

本实用新型进一步的目的是提供一种全新的带DDM功能的1×9低速率光模块，该光模块发射端和接收端的串扰较小，抗干扰能力强。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种带DDM功能的1×9低速率光模块，包括发射端依次连接的激光二极管驱动单元和激光二极管，接收端依次连接的光电二极管、镜像电流源和限幅放大器；所述激光二极管驱动单元通过出光功率补偿电路与所述激光二极管连接，所述出光功率补偿电路为并联的第一热敏电阻和第一电阻；所述镜像电流源连接有第二电阻，用于将所述光电二极管输出的电流信号的镜像电流信号转化为电压信号后通过所述限幅放大器放大输出。本实用新型的光模块发射部分没用采用APC电路来控制出光功率，而是采用热敏电阻补偿的方式对不同温度时的出光功率进行补偿；接收部分没有采用集成TIA及AGC控制，而是直接用一电阻将光电二极管PD的电流信号转化为电压信号。这样用分离元件建立的电路与用APC电路及AGC电路相比，出光、收光的稳定性有所降低，不能传输较高速率的信号，但是对于低速率传输的信号来说是足够的，可以传输速率从直流DC到1Mpbs的低速率信号。且使得光模块的结构简单，功耗较低，不存在低频截止问题，低频可以工作到直流DC。这样，设备端的低频数据即使不进行扰码，也可以顺利传输，简化了设备端的软硬件配置。

优选的，所述激光二极管还连接有偏置电流调节电路，所述偏置电流调节电路为并联的第二热敏电阻和第三电阻。

优选的，该光模块还包括微控制器，所述激光二极管还连接有用于检测输出光功率的背光二极管；所述微控制器与所述背光二极管连接，用于采集所述激光二极管的发射功率。

优选的，所述微控制器内集成有温度传感器，用于采集光模块的工作温度。

优选的，所述镜像电流源连接有第四电阻，用于还将所述光电二极管的反向电流的镜像电流信号通过第四电阻转化为电压信号后作为RSSI信号输出，和/或作为所述微控制器采集所述光电二极管的接收功率的采样信号输入到所述微控制器。

所述限幅放大器具有用于进行信号检测输出的SD输出端口。

优选的，该光模块还包括单排九针电接口，所述单排九针电接口分别与所述微控制器、限幅放大器、激光二极管驱动单元和镜像电流源连接；所述单排九针电接口的1-9管脚依次为VeeR、RD+、SCL 、SD或RSSI、VccR、VccT、SDA、TD+和VeeT；所述限幅放大器的SD输出端口输出的检测信号与所述RSSI信号共用第4管脚；所述RD+ 和TD+管脚分别收、发数据的类型为TTL电平，且均采用单端模式。发射端和接收端都各有一个电源脚及地脚，电流回路比较小，收、发端串扰较小，抗干扰能力强。

所述微控制器与所述激光二极管驱动单元的使能端连接，用于控制所述激光二极管的关断或使能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型的光模块发射部分没用采用APC电路来控制出光功率，而是采用热敏电阻补偿的方式对不同温度时的出光功率进行补偿；接收部分没有采用集成TIA及AGC控制，而是直接用一电阻将PD的电流信号转化为电压信号。这样用分离元件建立的电路与用APC电路及AGC电路相比，出光、收光的稳定性有所降低，不能传输较高速率的信号，但是对于低速率传输的信号来说是足够的；而优势在于结构简单，功耗较低，不存在低频截止问题，低频可以工作到DC。这样，设备端的低频数据即使不进行扰码，也可以顺利传输，简化了设备端的软硬件配置。

附图说明：

图1为本实用新型的1×9 DDM低速率光模块内部电路框图。

图2为本实用新型1×9 DDM低速率光模块管脚定义图。

图3为本实用新型中设备与1×9 DDM低速率光模块之间的I²C总线配置图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

为了便于描述，对下文将出现的专业英文缩写词汇先进行说明，下文部分全采用该缩写词汇，不再说明。I²C(Inter-Integrated Circuit) 集成电路总线；DDM(Digital Detect Monitor) 数字检测监控；ADC(Analog to Digital Converter) 数字模拟转换；TOSA（Transmitter Optical Sub Assembly）光发射组件；ROSA(Receiver Optical Sub Assembly) 光接收组件；LA(Limiting Amplifier)限幅放大器；LDD(Laser Diode Driver) 激光二极管驱动；MCU(Micro Control Unit) 微控制器；SD（Signal Detect）信号检测；RSSI （Receiver Signal Strength Indication）接收信号强度指示；APC（Automatic power control）；自动功率控制；AGC(Automatic Gain Control) 自动增益控制；DC（Direct Current）直流。

如图1所示，本实用新型的带DDM功能的1×9低速率光模块，包括发射端依次连接的激光二极管驱动单元LDD和激光二极管，接收端依次连接的光电二极管、镜像电流源Current mirror和限幅放大器LA；所述激光二极管驱动单元LDD通过出光功率补偿电路与所述激光二极管连接，所述出光功率补偿电路为并联的第一热敏电阻Thermistor和电阻R_mod；所述镜像电流源Current mirror连接有电阻R，所述光电二极管输出的电流信号经所述镜像电流源Current mirror镜像形成镜像电流信号，该镜像电流信号通过电阻R转化为电压信号后通过所述限幅放大器LA放大输出。本实用新型的光模块发射部分没用采用APC电路来控制出光功率，而是采用热敏电阻补偿的方式对不同温度时的出光功率进行补偿；接收部分没有采用集成TIA及AGC控制，而是直接用一电阻将光电二极管PD的电流信号转化为电压信号。这样用分离元件建立的电路与用APC电路及AGC电路相比，出光、收光的稳定性有所降低，不能传输较高速率的信号，但是对于低速率传输的信号来说是足够的，可以传输速率从直流DC到1Mpbs的低速率信号。且使得光模块的结构简单，功耗较低，不存在低频截止问题，低频可以工作到直流DC。这样，设备端的低频数据即使不进行扰码，也可以顺利传输，简化了设备端的软硬件配置。

优选的，所述激光二极管还连接有偏置电流调节电路，所述偏置电流调节电路为并联的第二热敏电阻Thermistor和电阻R_Bias。

优选的，该光模块还包括微控制器MCU，所述激光二极管还连接有用于检测输出光功率的背光二极管；所述微控制器与所述背光二极管连接，用于采集所述激光二极管的发射功率。具体的，背光二极管连接所述微控制器的模数转换接口ADC并通过电阻R_Tx接地，微控制器MCU通过电阻R_Tx采集所述激光二极管的发射功率，电阻R_Tx并联有滤波电C_Tx。所述微控制器MCU内集成有温度传感器，用于采集光模块的工作温度。所述镜像电流源Current mirror连接有电阻R_RSSI，用于将所述光电二极管的反向电流的镜像电流信号通过电阻R_RSSI转化为电压信号后作为RSSI信号输出，和/或作为所述微控制器MCU采集所述光电二极管的接收功率的采样信号输入微控制器MCU。具体的，所述光电二极管通过镜像电流源Current mirror连接所述限幅放大器LA，所述镜像电流源Current mirror通过电阻R_RSSI接地，所述电阻R_RSSI与镜像电流源Current mirror连接的一端连接所述微控制器MCU的模数转换接口ADC，微控制器MCU通过电阻R_RSSI采集所述光电二极管的接收功率。请再参看图1，微控制器MCU分别通过电阻R_Tx, , R_RSSI, R_Vcc_1和R_Vcc_2对光模块对应的发射功率、接收功率、电源电压进行采样。具体实现方法为：（1）通过电阻R_Tx 将背光二极管的电流信号转化为电压信号，此电压信号与出光功率成比列；；（3）通过电阻R_RSSI将光电二极管PD反向电流的镜像电流信号转化为电压信号，此信号与收光功率成比例，同时此电压也可作为RSSI输出，供设备检测；（4）用电阻R_Vcc_1和R_Vcc_2对电源Vcc进行分压，R_Vcc_2两端的电压随着电源Vcc的变化成比例变化；（5）通过微控制器MCU内部的温度传感器采集温度信息。微控制器MCU将上述采集并转换成数字信号的数据存入内部ROM，并根据SFF-8472协议，对数字信号进行校准,将校准后的值写入相应寄存器，根据校准后的值与警告、警报门限值比较后更新警告和警报相应的寄存器。校准的精度取决于AD转化的精度，而AD转化的精度取决于ADC的位数，ADC位数越高，AD转化的精度也就越高，同时校准的精度也越高。

优选的，所述限幅放大器LA具有用于进行信号检测输出的SD输出端口。

优选的，该光模块还包括单排九针电接口（图未示），所述单排九针电接口分别与所述微控制器MCU、限幅放大器LA、激光二极管驱动单元LDD和镜像电流源Current mirror连接；所述单排九针电接口的1-9管脚依次为VeeR、RD+、SCL 、SD或RSSI、VccR、VccT、SDA、TD+和VeeT；所述限幅放大器LA的SD输出端口输出的检测信号与所述RSSI信号共用第4管脚，信号检测输出时，入光功率正常时，SD输出端口输出高电平；入光功率较低时，SD输出端口输出低电平。所述限幅放大器LA的SD输出端口输出的检测信号与所述RSSI信号共用光模块的同一个引脚；所述RD+ 和TD+管脚分别收、发数据的类型为TTL电平，且均采用单端模式。发射端和接收端都各有一个电源脚及地脚，电流回路比较小，收、发端串扰较小，抗干扰能力强。表1为对本实用新型1×9光模块的管脚描述。结合表1和图2，与传统1×9管脚定义相比，本实用新型具体实施例中管脚定义将Pin 3以及Pin 7脚分别作为I²C总线的SCL和SDA接口，Pin 3以及Pin 7与模块内部的MCU连接，使1×9光模块具备和外部设备通信的接口；同时，Pin 4 脚为SD输出端口输出或者模拟RSSI输出可选则的引脚（根据产品需要，在产品生产时选择一个功能的引脚）。发射端的数据输入TD+和接收端的数据输出RD+数据线都采用单端模式，数据类型为TTL。发射端和接收端都各有一个电源脚及地脚，电流回路比较小，收、发串扰较小。

表1 1×9 DDM光模块管脚描述

Pin	Name	Description
			1	VeeR	接收端地
2	RD+	収端数据输出
			3	SCL	I²C总线时钟接口
4	SD或RSSI输出（可选）	信号检测输出：入光功率正常时，输出高电平；入光功率较低时，输出低电平。RSSI输出：接收信号强度指示，为一个模拟电压输出。
			5	VccR	収端电源。接3.3V或5V直流电源。
6	VccT	发端电源。接3.3V或5V直流电源。
			7	SDA	I²C总线数据接口
8	TD+	发端数据输入
			9	VeeT	发射端地

优选的，所述微控制器MCU与所述激光二极管驱动单元LDD的使能端Tx_enable连接，用于控制所述激光二极管的关断或使能。这样设备可以通过控制MCU的I/O口，进一步控制光模块内电路的相关参数，实现对模块的控制。拉高或者拉低光模块发射端LDD的使能脚，以实现发射端Tx的关断及使能功能。

本实用新型具体应用中设备可通过I²C总线与光模块中微控制器MCU实现通信，可以读取MCU的ROM中存储的信息，同时实现对光模块的控制功能；通过MCU自带的ADC功能及温度传感器实现对光模块的发射功率、接收功率、供电电压以及温度进行采样，然后对采样的值进行校准，通过MCU实现对光模块的控制功能。

本实用新型中光模块内部微控制器通过I²C总线与外部设备通信。如图3所示，设备通过I2C总线与光模块实现通信，可以读取光模块MCU的ROM中地址为A0H及A2H的信息，也可以实现对模块的控制功能。当设备需要对多个光模块进行通信时，可对I²C进行接口扩展，将一个I²C接口根据访问光模块的不同转化成多个I²C接口，这样实现与多个模块的通信。在具体使用中，终端设备通过和多个光模块的通信，可以实时的获取各个光模块的工作状态信息，包括发射功率、接收功率、、供电电压值、模块内部的温度以及模块警告及警报信息，这样可以及时发现出现异常的光模块。同时可以实现对光模块的控制，利于对有异常的光模块及时进行处理。

本实用新型的带DDM功能的1×9低速率光模块对1×9光模块管脚进行了重新定义，信号传输速率可以从DC到1Mpbs，且使用MCU对1×9光模块工作状态进行采样及校准，并且通过I²C总线实现光模块与外部与设备通信，设备可以实时的监视模块的工作状态，能够对光模块进行控制，并且具备模拟RSSI的输出功能。本技术用于1×9光模块之后，可以弥补1×9光模块在低速率传输领域的一个空白，能够使1×9光模块的功能得到很大扩展，特别是在集成了大量1×9光模块的需要传输低速率数据的设备端，能够实时对每一个光模块的工作状态进行监控，能够及时发现并处理问题，这在传统的1×9光模块中是无法实现的。

上面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细说明，但本实用新型并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims

1.一种带DDM功能的1×9低速率光模块，包括发射端依次连接的激光二极管驱动单元和激光二极管，接收端依次连接的光电二极管、镜像电流源和限幅放大器；其特征在于，所述激光二极管驱动单元通过出光功率补偿电路与所述激光二极管连接，所述出光功率补偿电路为并联的第一热敏电阻和第一电阻；所述镜像电流源连接有第二电阻，用于将所述光电二极管输出的电流信号的镜像电流信号转化为电压信号后通过所述限幅放大器放大输出。

2.根据权利要求1所述的带DDM功能的1×9低速率光模块，其特征在于，所述激光二极管还连接有偏置电流调节电路，所述偏置电流调节电路为并联的第二热敏电阻和第三电阻。

3.根据权利要求1或2所述的带DDM功能的1×9低速率光模块，其特征在于，该光模块还包括微控制器，所述激光二极管还连接有用于检测输出光功率的背光二极管；所述微控制器与所述背光二极管连接，用于采集所述激光二极管的发射功率。

4.根据权利要求3所述的带DDM功能的1×9低速率光模块，其特征在于，所述微控制器内集成有温度传感器，用于采集光模块的工作温度。

5.根据权利要求4所述的带DDM功能的1×9低速率光模块，其特征在于，所述镜像电流源连接有第四电阻，用于还将所述光电二极管的反向电流的镜像电流信号通过第四电阻转化为电压信号后作为RSSI信号输出，和/或作为所述微控制器采集所述光电二极管的接收功率的采样信号输入到所述微控制器。

6.根据权利要求5所述的带DDM功能的1×9低速率光模块，其特征在于，所述限幅放大器具有用于进行信号检测输出的SD输出端口。

7.根据权利要求6所述的带DDM功能的1×9低速率光模块，其特征在于，该光模块还包括单排九针电接口，所述单排九针电接口分别与所述微控制器、限幅放大器、激光二极管驱动单元和镜像电流源连接；所述单排九针电接口的1-9管脚依次为VeeR、RD+、SCL 、SD或RSSI、VccR、VccT、SDA、TD+和VeeT；所述限幅放大器的SD输出端口输出的检测信号与所述RSSI信号共用第4管脚。

8.根据权利要求4-7任一项所述的带DDM功能的1×9低速率光模块，其特征在于，所述微控制器与所述激光二极管驱动单元的使能端连接，用于控制所述激光二极管的关断或使能。