CN206585544U - 一种基于cfp lr4的双收光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CFP LR4的双收光模块，包括电源模块和光接收组件，所述光接收组件连接有Gearbox控制单元和MCU单元，所述光接收组件包括时钟恢复电路和数据判决电路，所述时钟恢复电路包括依次连接的相位检测器、充电泵、环路滤波器、压控振荡器，所述压控振荡器与所述相位频率检测器连接组成闭环锁相环，所述时钟恢复电路还包括时钟校准器，所述时钟校准器分别与输入端和压控振荡器连接。时钟恢复电路采用闭环反馈调整时钟的相位，使达到最佳的采样时刻。时钟数据恢复电路拥有立即锁存能力，较低的等待时间，更高的相位抖动容限，光接收灵敏度更高，更易于通过数字化的方法实现，成本更低。

Description

一种基于CFP LR4的双收光模块

技术领域

本实用新型涉及光纤通信领域，具体的说，是一种基于CFP LR4的双收光模块。

背景技术

100G CFP双收光模块在市面上主要有10*10G短距离（100m）互联的MMF LAN接口的、4*28G中短距离（3Km/10Km/40Km）互联的SMF LAN接口的、10G铜线铜缆接口。目前，市面上有CFP 1310nm的双收光模块，灵敏度小于-10.6dBm,在模块内都采用Mux-REG-Dmux，将1路信号解波为4路，通过接收器件，分成4路（4*28G）每路的波段为1295.56nm, 1300.05nm,1304.58nm,1309.14nm，然后将每路信号通过高速信号线传输到模块的芯片中，通过电接口将4路（4*28G）信号分解成10*10G信号，可以在长时间的高低温情况下，长时间传输无数据丢包现象。但是，市场上的双收光模块的功耗在7-8W之间，且接收灵敏度不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于CFP LR4的双收光模块，用于解决现有技术中双收光模块接收灵敏度低的问题。

为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于CFP LR4的双收光模块，包括电源模块和两路独立的光接收组件，所述光接收组件分别连接有Gearbox控制单元，所述光接收组件与Gearbox控制单元连接有MCU单元，所述MCU单元和Gearbox控制单元连接有电接口，所述光接收组件包括依次连接的光检测电路、限幅放大器电路和时钟数据恢复电路，所述时钟数据恢复电路包括时钟恢复电路和数据判决电路，所述时钟恢复电路包括依次连接的相位检测器、充电泵、环路滤波器、压控振荡器，所述压控振荡器与所述相位频率检测器连接组成闭环锁相环，所述时钟恢复电路还包括时钟校准器，所述时钟校准器分别与输入端和压控振荡器连接。

光接收组件接收一组光信号，在MCU单元的控制下，将光信号转换为4*25G的高速电信号，并将高速电信号传输到Gearbox控制单元中，Gearbox控制单元将4*25G电信号转换成10*10G电信号，然后输入到电接口。光双收模块中的光接收组件和Gearbox控制单元均为两个，可以独立的接收和处理两路信号。光接收组件将接收的光信号由光检测电路转换为电信号，微弱的电信号经过限幅放大器放大，并由限幅放大器将幅度不同的模拟信号处理成等幅度的数字信号，然后输入时钟数据恢复电路，时钟恢复电路和数据判决电路在输入信号中恢复出时钟信号和数据信号。时钟恢复电路中的压控振荡器产生本地时钟，其频率和相位受环路滤波器控制和调整，相位检测器比较本地时钟域输入参考信号的相位，产生调整相位差的控制信号，充电泵将相位差转换为相应的电流，通过环路滤波器调整压控振荡器的输出，时钟恢复电路采用闭环反馈调整时钟的相位，使达到最佳的采样时刻。

进一步的优选，所述数据判决电路包括依次连接的数据接收器、延迟单元、触发器和数据恢复电路。

采取数据延迟后再采样的方法达到过采样的目的，节省了采样时钟的个数，由单一的采样时钟避免了采样数据的同步问题。

进一步的优选，所述数据恢复电路包括过采样倍数判决模块，所述过采样倍数判决模块分别连接有多路选择器和跳变沿检测电路，所述跳变沿检测电路连接有鉴相编码电路，所述鉴相编码电路与多路选择器连接，多路选择器还连接有字符调整模块。

过采样倍数判决模块判断此时采样数据的过采样倍数，原理：检测采样数据流中“1”到“0”的跳变沿和跳变沿过后连“0”或连“1”的个数，当连“0”或连“1”的个数保持稳定后，此时当连“0”或连“1”的个数即为过采样的倍数。鉴相编码模块包括一个鉴相向量和对应采样数据位宽的最佳采样位置输出向量，确定输入数据的比特位中最接近与最佳判决的位置。多路选择器根据鉴相编码模块编码得到的最佳采样位置输出向量选通对应比特位上的采样数据，多路选择器输出为恢复的原始数据，字符调整模块根据多路选择器送来的数据恢复有效位标识重新调整恢复数据输出位宽。

进一步的优选，所述光检测电路包括光检测二极管和互阻放大器TIA。

互阻放大器TIA组成的电流-电压转换电路，选用低的等效输入噪声电流和高输入阻抗，增加了自动增益控制电路，采用的反馈电阻增大了电压的放大倍数。

进一步的优选，所述光检测二极管APD雪崩二极管。

APD雪崩二极管具备倍增效应，能使在同样大小的光信号下产生比PIN光二极管大几十倍或几百倍的光电流，因而提高了灵敏度。

进一步的优选，所述光检测电路还连接有APD偏压电路。

APD雪崩二极管工作时需要施加一个反向电压，当接收到射线时就会产生电子空穴对，电子空穴对被外加电场收集并转换为电流，电流强度正比于射线强度。APD雪崩二极管工作时施加在器件上的反向偏置电压引发了雪崩效应，雪崩增益可通过改变APD偏压电路进行调节，继而通过改变雪崩增益得到最优化的光接收组件的灵敏度。

进一步的优选，所述电源模块用于提供3.3V电压、2.5V电压、1.2V电压和1V电压。

电源模块为双收光模块的各个组件提供不同的工作电压。现有技术中TTL电平中常用的输入电压为5V，VOH≥2.4V,VOL≤0.5V,2.4V-5V之间仍存在很大的波动范围，对改变噪声容限无益且增加了功耗。而本设计的电源模块3.3V的工作电压克服了这一缺陷，降低了系统功耗。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）光接收组件封装了光检测二极管和互阻放大器TIA,光检测二极管中的APD光二极管具有倍增效应，能使同样大小光的作用下产生比PIN光二极管大几十倍甚至几百倍的光电流，相当于起了一种光放大作用，因此能大大提高光接收组件的灵敏度，同时采用了环路滤波解决了噪声同时被放大的影响。

（2）本实用新型中各模块采用的电压有3.3V电压、2.5V电压、1.2V电压，和1V电压，降低了双收光模块的功耗，提高了光接收组件的最大噪声幅度，即改变了噪声容限。

（3）本实用新型的时钟数据恢复电路拥有高带宽、立即锁存能力，较低的等待时间和更高的抖动容限，光接收灵敏度更高，更易于通过数字化的方法实现，成本更低。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理框图；

图2为光接收组件的原理框图；

图3为时钟数据恢复电路中时钟恢复电路的原理框图；

图4为时钟数据恢复电路中数据判决电路的原理框图。

具体实施方式

首先，在对本实用新型作具体介绍之前，对文中涉及的专有名词作如下解释：

CFP：光模块，是一种可以支持热插拔的模块；

LOS告警：LOS（Lost Of Synchronous），同步丢失告警；

光接收灵敏度：指光接收组件满足制动的比特差错率时可接收的最小平均光功率（单位：dBm）。

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1-3所示，一种基于CFP LR4的双收光模块，包括电源模块和两路独立的光接收组件，所述光接收组件分别连接有Gearbox控制单元，所述光接收组件与Gearbox控制单元连接有MCU单元，所述MCU单元和Gearbox控制单元连接有电接口，所述光接收组件包括依次连接的光检测电路、限幅放大器电路和时钟数据恢复电路，所述时钟数据恢复电路包括时钟恢复电路和数据判决电路，所述时钟恢复电路包括依次连接的相位检测器、充电泵、环路滤波器、压控振荡器，所述压控振荡器与所述相位频率检测器连接组成闭环锁相环，所述时钟恢复电路还包括时钟校准器，所述时钟校准器分别与输入端和压控振荡器连接。

光接收组件接收一组光信号，在MCU单元的控制下，将光信号转换为4*25G的高速电信号，并将高速电信号传输到Gearbox控制单元中，Gearbox控制单元将4*25G电信号转换成10*10G电信号，然后输入到电接口。光双收模块中的光接收组件和Gearbox控制单元均为两个，可以独立的接收和处理两路信号。光接收组件将接收的光信号由光检测电路转换为电信号，微弱的电信号经过限幅放大器放大，并由限幅放大器将幅度不同的模拟信号处理成等幅度的数字信号，然后输入时钟数据恢复电路，时钟恢复电路和数据判决电路在输入信号中恢复出时钟信号和数据信号。时钟恢复电路中的压控振荡器产生本地时钟，其频率和相位受环路滤波器控制和调整，相位检测器比较本地时钟域输入参考信号的相位，产生调整相位差的控制信号，充电泵将相位差转换为相应的电流，通过环路滤波器调整压控振荡器的输出，时钟恢复电路采用闭环反馈调整时钟的相位，使达到最佳的采样时刻。时钟数据恢复电路拥有立即锁存能力，较低的等待时间，更高的相位抖动容限，光接收灵敏度更高，更易于通过数字化的方法实现，成本更低。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图1-4所示，所述数据判决电路包括依次连接的数据接收器、延迟单元、触发器和数据恢复电路。采取数据延迟后再采样的方法达到过采样的目的，节省了采样时钟的个数，由单一的采样时钟避免了采样数据的同步问题。

进一步的优选，所述数据恢复电路包括过采样倍数判决模块，所述过采样倍数判决模块分别连接有多路选择器和跳变沿检测电路，所述跳变沿检测电路连接有鉴相编码电路，所述鉴相编码电路与多路选择器连接，多路选择器还连接有字符调整模块。过采样倍数判决模块判断此时采样数据的过采样倍数，原理：检测采样数据流中“1”到“0”的跳变沿和检测跳变沿过后连“0”或连“1”的个数，当连“0”或连“1”的个数保持稳定后，此时当连“0”或连“1”的个数即为过采样的倍数。鉴相编码模块包括一个鉴相向量和对应采样数据位宽的最佳采样位置输出向量，确定输入数据的比特位中最接近与最佳判决的位置。多路选择器根据鉴相编码模块编码得到的最佳采样位置输出向量选通对应比特位上的采样数据，多路选择器输出为恢复的原始数据，字符调整模块根据多路选择器送来的数据恢复有效位标识重新调整恢复数据输出位宽。

值得说明的是，如果数据与时钟不同步，LOS告警单元在Gearbox控制单元的控制下发出告警，Gearbox控制单元控制时钟数据恢复电路的时钟校准器进行同步校准。

实施例3：

在实施例1的基础上，结合图1-4所示，所述光检测电路包括光检测二极管和互阻放大器TIA。互阻放大器TIA组成的电流-电压转换电路，选用低的等效输入噪声电流和高输入阻抗，增加了自动增益控制电路，采用的反馈电阻增大了电压的放大倍数。进一步的优选，所述光检测二极管APD雪崩二极管。APD雪崩二极管具备倍增效应，能使在同样大小的光信号下产生比PIN光二极管大几十倍或几百倍的光电流，因而提高了灵敏度。

进一步的优选，所述光检测电路还连接有APD偏压电路。APD雪崩二极管工作时需要施加一个反向电压，当接收到射线时就会产生电子空穴对，电子空穴对被外加电场收集并转换为电流，电流强度正比于射线强度。APD雪崩二极管工作时施加在器件上的反向偏置电压引发了雪崩效应，雪崩增益可通过改变APD偏压电路进行调节，继而通过改变雪崩增益得到最优化的光接收组件的灵敏度。

实施例4：

在实施例1的基础上，结合图1-4所示，所述电源模块用于提供3.3V电压、2.5V电压、1.2V电压和1V电压。电源模块为双收光模块的各个组件提供不同的工作电压。现有技术中TTL电平中常用的输入电压为5V，VOH≥2.4V,VOL≤0.5V,2.4V-5V之间仍存在很大的波动范围，对改变噪声容限无益且增加了功耗。而本设计的电源模块3.3V的工作电压克服了这一缺陷，降低了系统功耗。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于CFP LR4的双收光模块，包括电源模块和两路独立的光接收组件，所述光接收组件分别连接有Gearbox控制单元，所述光接收组件与Gearbox控制单元连接有MCU单元，所述MCU单元和Gearbox控制单元连接有电接口，所述光接收组件包括依次连接的光检测电路、限幅放大器电路和时钟数据恢复电路，所述时钟数据恢复电路包括时钟恢复电路和数据判决电路，其特征在于：所述时钟恢复电路包括依次连接的相位检测器、充电泵、环路滤波器、压控振荡器，所述压控振荡器与所述相位频率检测器连接组成闭环锁相环，所述时钟恢复电路还包括时钟校准器，所述时钟校准器分别与输入端和压控振荡器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于CFP LR4的双收光模块，其特征在于：所述数据判决电路包括依次连接的数据接收器、延迟单元、触发器和数据恢复电路。

3.根据权利要求2所述的一种基于CFP LR4的双收光模块，其特征在于：所述数据恢复电路包括过采样倍数判决模块，所述过采样倍数判决模块分别连接有多路选择器和跳变沿检测电路，所述跳变沿检测电路连接有鉴相编码电路，所述鉴相编码电路与多路选择器连接，多路选择器还连接有字符调整模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于CFP LR4的双收光模块，其特征在于：所述光检测电路包括光检测二极管和互阻放大器TIA。

5.根据权利要求4所述的一种基于CFP LR4的双收光模块，其特征在于：所述光检测二极管为APD雪崩二极管。

6.根据权利要求5所述的一种基于CFP LR4的双收光模块，其特征在于：所述光检测电路还连接有APD偏压电路。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种基于CFP LR4的双收光模块，其特征在于：所述电源模块用于提供3.3V电压、2.5V电压、1.2V电压和1V电压。