CN209676247U - 一种新型单纤双向多通道输入光模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种新型单纤双向多通道输入光模块，为解决现有的普通光模块存在的成本高、器件尺寸过大的问题，本实用新型采用Gearbox替换CDR，还包括：激光器、PD、WDM复用器以及收发BIDI模块，光发送时，Gearbox将两路输入NRZ电信号复用成一路PAM4电信号；Gearbox每一路输出电信号对应一激光器，激光器将Gearbox的一路输出电信号转换为光信号；若干路光信号通过WDM复用器合为一路发信号经BIDI模块传输；光接收时，经BIDI模块接收的一路由若干光波长组成WDM信号通过解复用器恢复对应路数的光信号，经PD探测器转换为电信号；本实用新型的光模块实现了单根光纤输入输出光信号。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤通信光网络领域，特别涉及一种满足多通道电口输入，单纤光口输出输入光电器件。
背景技术
光互联具有高速度、高密度、高带宽、高抗干扰等优点。目前，越来越多系统采用光互联技术，大规模应用越来越多。系统中WDM技术、BIDI技术很适合光模块高密度，小型化设计，可以很好满足现在和未来光互联需要。
WDM(Wavelength Division Multiplexing,波分复用)是利用多个激光器在单条光纤上同时发送或接收多束不同波长激光的技术，每个信号经过数据调制后都有它独立内容，实现在同一根光纤上同时传输独立不同波长，极大提高光纤传输容量。
TIA(trans-impedance amplifier，跨阻放大器)放大器类型的一种，放大器类型是根据其输入输出信号的类型来定义的。TIA由于具有高带宽的优点，一般用于高速电路，如光电传输通讯系统中普遍使用。
LDD(Laser Diode Driver，半导体激光器驱动器)半导体激光器驱动器，用以将电信号加载到激光器上，通过光传输出去。
BIDI(Bidirectional，双向)单纤双向光模块要实现收发两个方向的光信号同时传输，需要收发方向使用不同的光波长。单纤双向光模块只有一个端口，通过光模块中的滤波器进行滤波，同时完成一个波长光信号的发射和另一个波长光信号的接收。比如，本端发射1310nm的光信号，同时接收1550nm的光信号。而对端使用的波长正好和本端相反，即发射1550nm的光信号，接收1310nm的光信号。BIDI模块在链路两端必须成对使用。
PAM4(4Pulse Amplitude Modulation，四电平脉冲幅度调制)在同等速率的情况下带宽的要求是NRZ的一半，对于绝大多数的高速电缆、背板以及连接器而言，使用PAM4编码可以在速率翻倍的情况下具备同样的奈奎斯特频率。在相同速率的情况下对比NRZ和PAM4，PAM4利用了四电平的调制方式，通过牺牲信噪比来换取奈奎斯特频率的减半。
PAM-4gearbox一种将NRZ信号转换成相当速率PAM4信号物理层芯片，见图1，一种4x25G NRZ信号转换成2x50G PAM4信号。
QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable，四通道SFP接口)是为了满足市场对更高密度的高速可插拔解决方案的需求而诞生的一种光模块类型。
光模块核心部件包括光器件和电器件。其作用是通过光电转实现通过光纤传输一定速率信息到远方。目前光网络的架构中，为节省光纤资源，光电器件都采用单纤双向的结构，即将发射元器件与接收元器件封装在同一器件中。通常被称为单纤双向器件。但是现有的单纤双向器件还存在成本过高的问题，具体的：
普通光模块一对收发信号通道需要一发一收光器件，传输需要2根光纤。列如，满足QSFP MSA协议的光模块QSFP28，电口输入4通道25G NRZ信号，按照普通设计架构，需要4发4收光器件，传输需要8根光纤；现有的普通光模块的期间成本较高。
实用新型内容
本实用新型为降低光网络物理层成本，提出一种新型单纤双向多通道输入光模块，采用WDM和BIDI结合使用，更加减少光纤资源使用，并且结合适用PAM4码型信号，在增加通道数据传输率同时，保持器件频率带宽，减少高频器件成本。
本实用新型采用的技术方案为：一种新型单纤双向多通道输入光模块，采用Gearbox芯片替换CDR(Clock and Data Recovery，时钟数据恢复)，还包括：激光器、PD探测器、WDM复用器、解复用光器件以及收发BIDI模块，具体包括发射电路与接收电路；
所述发射电路为：Gearbox芯片将两路输入电信号复用成一路电信号，Gearbox芯片的输出的电信号路数为输入信号路数的一半，Gearbox芯片每一路输出电信号对应一激光器，激光器将Gearbox芯片的一路输出电信号转换为光信号；若干路光信号通过WDM复用器合为一路WDM光信号后经收发BIDI模块进行传输；
所述接收电路为：经BIDI模块输入的WDM光信号，经解复用光器件，分为对应路数的光信号，解复用后的一路光信号对应一PD探测器，光信号经PD探测器转换为电信号，转换后的电信号通过Gearbox芯片进行变换，Gearbox芯片输出的电信号路数为输入Gearbox芯片电信号路数的两倍。
进一步地，还包括激光驱动器LDD，用于将Gearbox芯片的输出的电信号加载到激光器。
进一步地，还包括TIA电路，用于对PD探测器转换后的电信号进行放大后输出。
进一步地，所述光模块采用BOX封装或COB封装。
进一步地，所述光模块采用TO CAN罐式封装。
更进一步地，所述光模块采用一体的盒型气密封装与传统TO CAN罐式封装结合。
本实用新型的有益效果：本实用新型的光模块通过采用Gearbox芯片替换CDR，在现有技术的基础上减少了一半的收发光电芯片，大大缩小了整个光模块的尺寸，并且本实用新型结合WDM复用器与BIDI模块，在保证芯片LDD芯片、TIA芯片、PD芯片及激光器带宽不变的情况下，实现单根光纤输入输出光信号，最大程度节省了成本，满足小型化要求，本实用新型可以采用一体的盒型气密封装与传统TO CAN封装结合在一起，封装效率更高、元件尺寸更小，成本更低、功能更为强大，更利于大批量生产。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的4x25G NRZ to 2x50G PAM4 Gearbox芯片；
图2为本实用新型实施例提供的一端BIDI光器件A；
图3为本实用新型实施例提供的另一端BIDI光器件B；
图4为本实用新型实施例提供的包括BIDI光器件A的单纤双向多通道光模块的实现方式；
图5为本实用新型实施例提供的包括BIDI光器件B单纤双向多通道光模块的实现方式。
具体实施方式
针对现有技术中，普通光模块一对收发信号通道需要一发一收光器件，传输需要2根光纤，存在的光模块成本高、器件尺寸较大的问题；本实用新型的解决思路如下：
通过采用BIDI设计，可以实现只需要一根光纤纯属；当输入是多通道时，采用WDM方案，如4通道电信号输入，转换成4个不同波长光信号，利用WDM技术，只需要一收一发两根光纤；通过将WDM和BIDI技术结合适用，可以实现只需要一根光纤；但是，4通道信号输入，需要4个激光器和4个接收器，采用编码转换技术可以将4个光信号通道变成2个，以减少收光器件的使用。
本实用新型的一种新型单纤双向多通道输入光模块，包括：Gearbox芯片、激光器、PD探测器、WDM复用器以及收发BIDI模块，本实用新型的光模块包括光发送与光接收两部分；
光发送，Gearbox芯片将两路输入电信号复用成一路电信号，Gearbox芯片的输出的电信号路数为输入信号路数的一半，Gearbox芯片每一路输出电信号对应一激光器，激光器将Gearbox芯片的一路输出电信号转换为光信号；若干路光信号通过WDM复用器合为一路发信号经BIDI模块传输；
光接收，有BIDI模块接收的一路由若干光波长组成WDM信号通过解复用器恢复对应路数的光信号，通过PD探测器将光信号转换为电信号；接收和发送信号通过BIDI进行光传输，实现了单根光纤输入输出光信号。
还包括TIA(Tranimpedance Amplifier，跨阻放大器)电路，用于对PD探测器转换后的电信号进行放大后输出。LDD对激光器增加信号调制。
本实用新型所述的收发BIDI模块在链路两端必须成对使用，如图2、3所示的双通道收发BIDI光器件A与双通道收发BIDI光器件B为对接光模块，λ1，λ2，λ3，λ4代表4种满足设计条件输入输出光。
图4、图5分别给出了双通道BIDI光器件A与双通道BIDI光器件B的单纤双向多通道光模块示意图，如图5，新型单纤双向多通道输入光模块，多路输入NRZ电信号，经过GearBox编译转换成PAM4信号，芯片LDD，TIA，PD，激光器带宽不变。以QSFP28光模块为例，4路25GNRZ输入电信号，经过GearBox变换成2路50G PAM4电信号，在经过2路LDD将电信号加载到满足WDM激光器上，通过WDM合成1路光信号通过光纤传出；而通过光纤传入WDM光信号，通过解复用光器件，分成2路50G PAM4信号，通过各自PD变成电信号，通过TIA放大传到GearBox，通过GearBox变换，变成4路25G NRZ电信号输出。这个整体完成一个100G NRZ光模块传输功能。通过接收和发送信号采用BIDI技术进行光传输，实现了单根光纤输入输出光信号。图5中MCU为微控制器，MCU采用二线制的12C总线控制激光驱动器LDD工作，以及控制芯片GearBox工作。
以下通过具体实例对本实用新型的内容进一步阐述：
满足QSFP MSA协议的光模块QSFP28，电口输入4通道25G NRZ信号，按照普通设计架构，需要4发4收光器件，传输需要8根光纤。采用本实用新型的PAM4编码，WDM和BIDI技术合用，整个光模块只需要一款将4通道25GE NRZ信号转换成2通道50GE PAM4信号的Gearbox芯片，具体的：采用Gearbox芯片替代现有4收4发25G光模块QSFP28中的CDR芯片，实现了节省2收2发光芯片，节省7根光纤的技术效果，最大程度的节省了光模块的成本。
光器件可采用TO CAN罐式封装，使得封装效率更高、元件尺寸小，成本更低，同时还能够兼容目前同轴装设备产能；也可以采用其它如BOX封装、COB封装。
本领域的技术人员应注意，以上实施例中仅以4x25G收发光模块作为案列，本实用新型的光模块实现方案还适用于其它速率4通道收发光模块，不限制于仅仅4个通道，还可以是8通道，或者更多。
电口输入4通道25G NRZ信号，通过Gearbox芯片，将4通道25GE NRZ信号转换成2通道50GE PAM4信号，如此各个器件信号带宽不变，同等工艺条件下，可以减少一半器件，从而节省2发2收光电芯片；2通道50G PAM4电信号通过激光器和接收器光电/电光转换，通过光纤连接到或接收对端信号；然后结合WDM技术，将2路发或收合二为一，最后使用BIDI技术，同样条件下可以让现有技术中需要8根光纤的布局，变成只需要1根光纤；采用本实用新型的光模块可以节省资源。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种新型单纤双向多通道输入光模块，其特征在于，采用Gearbox芯片替换CDR，还包括：激光器、PD探测器、WDM复用器、解复用光器件以及收发BIDI模块，具体包括发射电路与接收电路；
所述发射电路为：Gearbox芯片将两路输入电信号复用成一路电信号，Gearbox芯片的输出的电信号路数为输入信号路数的一半，Gearbox芯片每一路输出电信号对应一激光器，激光器将Gearbox芯片的一路输出电信号转换为光信号；若干路光信号通过WDM复用器合为一路WDM光信号后经收发BIDI模块进行传输；
所述接收电路为：经收发BIDI模块接收的WDM光信号，经解复用光器件，分为对应路数的光信号，解复用后的一路光信号对应一PD探测器，光信号经PD探测器转换为电信号，转换后的电信号通过Gearbox芯片进行变换，Gearbox芯片输出的电信号路数为输入Gearbox芯片电信号路数的两倍。
2.根据权利要求1所述的一种新型单纤双向多通道输入光模块，其特征在于，还包括激光驱动器LDD，用于将Gearbox芯片的输出的电信号加载到激光器。
3.根据权利要求2所述的一种新型单纤双向多通道输入光模块，其特征在于，还包括TIA电路，用于对PD探测器转换后的电信号进行放大后输入Gearbox芯片。
4.根据权利要求3所述的一种新型单纤双向多通道输入光模块，其特征在于，所述光模块采用BOX封装或COB封装。
5.根据权利要求3所述的一种新型单纤双向多通道输入光模块，其特征在于，所述光模块采用TO CAN罐式封装。
6.根据权利要求3所述的一种新型单纤双向多通道输入光模块，其特征在于，所述光模块采用一体的盒型气密封装与传统TO CAN罐式封装结合。
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