CN213072667U - 一种10g低成本光电转换模块电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种10G低成本光电转换模块电路，包括三合一主芯片U0、发射激光器、接收光电探测器、前置放大器以及电接口电路，三合一主芯片U0是一块三合一芯片，其内部集成了发射驱动、接收LA和MCU三个芯片，三合一主芯片U0分别与激光器和前置放大器电连接，前置放大器与光电探测器电连接；三合一主芯片U0通过内置发射驱动芯片驱动激光发出光信号，光电探测器检测到光信号并将光信号转换为电信号，电信号经前置放大器第一次放大后再经三合一主芯片U0内置的接收LA芯片进行第二次放大，最后经两次放大的电信号发送到系统设备。本实用新型采用三合一芯片作为电路的三合一主芯片U0，集成度高且成本低，具有很大的商用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电转换技术领域，尤其涉及一种10G低成本光电转换模块电路。
背景技术
基于10G传输速率的光电转换模块经历了从300Pin，XENPAK，X2，XFP的发展，最终实现了用和SFP一样的尺寸传输10G的信号，这就是SFP+。SFP凭借其小型化低成本等优势满足了设备对光模块高密度的需求，从2002年标准推行了，到2010年已经取代XFP成为10G 市场主流。
现有SFP或SFP+模块一般采用以下系统电路结构，如图1所示，图1基本概况了现有技术光电转换模块常用的信号转换传输原理：包括发射驱动芯片、接收限幅放大器LA芯片及MCU三个芯片，三组芯片除了连接光电信号外基本独立工作，成本高，而且给线路板的布局及封装带来极大的复杂性，没有竞争力，亟待改进。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种10G低成本光电转换模块电路，包括三合一主芯片U0以及分别与三合一主芯片U0电性连接的电接口电路J1、发射光路TOSA和接收光路ROSA，电接口电路J1分别设有与发射光路TOSA和接收光路ROSA的接口，电接口电路J1与发射光路TOSA连接的接口电性连接电接口电路J1的TD+引脚和TD-引脚，电接口电路J1与接收光路ROSA连接的接口电性连接电接口电路J1的RD+引脚和RD-引脚；
三合一主芯片U0还设有主要由电阻、电感及电容组成的外围电路，外围电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第三电容C3和第四电容C4，第一电容C1的一端与第一电阻R1的一端和三合一主芯片U0的LDIP引脚连接，第二电容C2的另一端与电接口电路J1的TD+引脚连接，第二电容C2的一端与第一电阻R1的另一端和三合一主芯片U0的LDIN引脚连接，第二电容C2的另一端与J1的TD-引脚连接，三合一主芯片U0的TX_FAULT引脚和TX_DISABLE引脚分别与J1的TX_FAULT引脚和TX_DISABLE引脚对应连接，三合一主芯片U0的SDA引脚和SCL引脚分别与J1的MOD-DEF2引脚和MOD-DEF1引脚连接，第三电容C3的一端与三合一主芯片U0的LAOP引脚连接，第三电容C3的另一端与J1的RD+引脚连接，第四电容C4的一端与三合一主芯片U0的LAON引脚连接，第四电容C4的另一端与J1的RD-引脚连接；
三合一主芯片U0又通过LAIP脚线和LAIN脚线反馈连接接收光路ROSA，三合一主芯片U0又通过LDOP脚线和LDON脚线反馈连接接收光路TOSA；
三合一主芯片U0还通过SDA-E脚线和SCL-E脚线连接有上位机PC芯片。
优选地，发射光路TOSA包括激光器LD和背光检测器PD，发射光路TOSA采用DFB激光器封装结构，主芯片驱动激光器LD发光, 背光检测PD是负责监测和分担lD的电流,当LD的电流偏大时,PD会分担一些过来,从而减轻LD的压力, 形成一个负反馈电路工作模式。
优选地，接收光路ROSA包括光电探测器PIN和前置放大器TIA，接收光路ROSA 采用PINTIA封装结构，接收光路ROSA由光电探测器PIN+前置放大器TIA电性连接后封装在一起；光电探测器PIN用于探测光信号并将探测到的光信号转换为电信号，前置放大器TIA用于放大电信号。
优选地，三合一主芯片U0的空片型号具体是UX3261，该型号芯片集成板常用在基于10G传输速率的连续模式收发器。
优选地，电接口电路J1具体是20PIN接口电路，20PIN接口电路用于10G SFP+光模块与远程设备建立通信连接，相应的10G SFP+光模块的封装形式也是20PIN引脚定义，本实用新型通过简化设置的电接口电路J1将三合一主芯片U0分别与发射光路TOSA和接收光路ROSA，相当于提供一种接口设计，将现有技术常用的发射驱动芯片和接收限幅放大器LA芯片以及MCU三个芯片集成到一块线路板上，不仅在传统设计的基础上降低了芯片成本，而且大大降低了布板布局复杂度，有较大推广价值。
优选地，三合一主芯片U0内还携带有移位寄存器，上位机PC芯片通过I/O总线与移位寄存器电性连接。可通过上位机来控制和改变光模块主芯片寄存器的值，通过改变主芯片寄存器不同的值来调试发射端光路和接收端光路的所需的参数；再加上三合一主芯片U0内部集成了所有数字诊断检测器，外部不需微处理器就可以进行设置DDM参数，所以在芯片电路上不再需要配置MCU芯片，大大减少芯片布局及封装的难度。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1. 该本实用新型采用三合一主芯片U0，该芯片将发射驱动芯片和接收接收限幅放大器芯片（也称LA）以及MCU三个芯片集成在一起，并通过独特简化设计的电接口电路J1将三合一主芯片U0分别与发射光路TOSA和接收光路ROSA连接起来，不仅在传统设计的基础上降低了芯片成本，而且大大降低了布板布局复杂度，有较大推广价值。
2.可通过上位机来控制和改变光模块主芯片寄存器的值，通过改变主芯片寄存器不同的值来调试发射端光路和接收端光路的所需的参数；再加上三合一主芯片U0内部集成了所有数字诊断检测器，外部不需微处理器就可以进行设置DDM参数，所以在芯片电路上不再需要配置MCU芯片，大大减少芯片布局及封装的难度。
3.本实用新型结构更精简，信号转换、传输及数据检测反馈均通过一个三合一主芯片U0实现，减小三个独立芯片所需大量的脚线连接数量，降低占线路板空间，大大简化了脚线连接、布局管理及封装过程，另外还降低数据的运算复杂程度，符合现代集成板的简化要求。
附图说明
图1为现有技术光电转换模块常用的信号转换传输原理框图；
图2为本实用新型提出的一种10G低成本光电转换模块电路的电路连接图（水平放置）；
图3为本实用新型提出的一种10G低成本光电转换模块电路的信号转换传输原理框图；
图4为对比例1中发射端驱动芯片U1的电路连接图；
图5为对比例1中接收限幅放大器U2芯片的电路连接图；
图6为对比例1中及MCU U3芯片的电路连接图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
参照图2，一种10G低成本光电转换模块电路，包括三合一主芯片U0以及分别与三合一主芯片U0电性连接的电接口电路J1、发射光路TOSA和接收光路ROSA，电接口电路J1分别设有与发射光路TOSA和接收光路ROSA的接口，电接口电路J1与发射光路TOSA连接的接口电性连接电接口电路J1的TD+引脚和TD-引脚，电接口电路J1与接收光路ROSA连接的接口电性连接电接口电路J1的RD+引脚和RD-引脚；三合一主芯片U0还设有主要由电阻、电感及电容组成的外围电路，外围电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第三电容C3和第四电容C4，第一电容C1的一端与第一电阻R1的一端和三合一主芯片U0的LDIP引脚连接，第二电容C2的另一端与电接口电路J1的TD+引脚连接，第二电容C2的一端与第一电阻R1的另一端和三合一主芯片U0的LDIN引脚连接，第二电容C2的另一端与J1的TD-引脚连接，三合一主芯片U0的TX_FAULT引脚和TX_DISABLE引脚分别与J1的TX_FAULT引脚和TX_DISABLE引脚对应连接，三合一主芯片U0的SDA引脚和SCL引脚分别与J1的MOD-DEF2引脚和MOD-DEF1引脚连接，第三电容C3的一端与三合一主芯片U0的LAOP引脚连接，第三电容C3的另一端与J1的RD+引脚连接，第四电容C4的一端与三合一主芯片U0的LAON引脚连接，第四电容C4的另一端与J1的RD-引脚连接；三合一主芯片U0又通过LAIP脚线和LAIN脚线反馈连接接收光路ROSA，三合一主芯片U0又通过LDOP脚线和LDON脚线反馈连接接收光路TOSA；三合一主芯片U0还通过SDA-E脚线和SCL-E脚线连接有上位机PC芯片。
参照图2，发射光路TOSA包括激光器LD和背光检测器PD，发射光路TOSA采用DFB激光器封装结构，主芯片驱动激光器LD发光, 背光检测PD是负责监测和分担lD的电流,当LD的电流偏大时,PD会分担一些过来,从而减轻LD的压力, 形成一个负反馈电路工作模式。
参照图2，接收光路ROSA包括光电探测器PIN和前置放大器TIA，接收光路ROSA 采用PINTIA封装结构，接收光路ROSA由光电探测器PIN+前置放大器TIA电性连接后封装在一起；光电探测器PIN用于探测光信号并将探测到的光信号转换为电信号，前置放大器TIA用于放大电信号。
参照图2，三合一主芯片U0的空片型号具体是UX3261，该型号芯片集成板常用在基于10G传输速率的连续模式收发器。
参照图2，电接口电路J1具体是20PIN接口电路，20PIN接口电路用于10G SFP+光模块与远程设备建立通信连接，相应的10G SFP+光模块的封装形式也是20PIN引脚定义，本实用新型通过简化设置的电接口电路J1将三合一主芯片U0分别与发射光路TOSA和接收光路ROSA，相当于提供一种接口设计，将现有技术常用的发射驱动芯片和接收限幅放大器LA芯片以及MCU三个芯片集成到一块线路板上，不仅在传统设计的基础上降低了芯片成本，而且大大降低了布板布局复杂度，有较大推广价值。
参照图2，三合一主芯片U0内还携带有移位寄存器，上位机PC芯片通过I/O总线与移位寄存器电性连接。可通过上位机来控制和改变光模块主芯片寄存器的值，通过改变主芯片寄存器不同的值来调试发射端光路和接收端光路的所需的参数；再加上三合一主芯片U0内部集成了所有数字诊断检测器，外部不需微处理器就可以进行设置DDM参数，所以在芯片电路上不再需要配置MCU芯片，大大减少芯片布局及封装的难度。
本实用新型实现了如图3的信号转换传输原理框图，与图1相比，本实用新型结构更精简，信号转换、传输及数据检测反馈均通过一个三合一主芯片U0实现，减小三个独立芯片所需大量的脚线连接数量，降低占线路板空间，大大简化了脚线连接、布局管理及封装过程，另外还降低数据的运算复杂程度，符合现代集成板的简化要求。
是基于现有技术中较高成本的技术方案，即对比例1。
对比例1：
具体是基于图1的光电转换模块常用的信号转换传输原理，为现有技术现有SFP或SFP+模块一般采用以下系统电路，包括发射驱动芯片U1、接收限幅放大器U2芯片及MCU U3芯片三个芯片。
参照图4-6，其硬件工作原理为：发射端驱动芯片U1通过收到外部系统设备发送进来的电信号，也就是上图的差分信号TX+,TX-，电信号通过激光器驱动芯片U1转换成电流驱动激光器TOSA发出光信号，光信号通过光纤连接传输给接收端的光电探测器，光电探测器将探测到的光信号转成电信号，送给接收限幅放大器芯片（也称LA）U2的14，15输入脚，输入的电信号再经过接收限幅放大器芯片U2进行幅度放大，通过 U2的输出差分信号对6，7脚ROUT，ROUT-将电信号送给SFP+光模块的电信号接口（即金手指），金手指用于连接外部系统设备接收端口的差分信号RX+,RX-;系统设备如交换机、光电转换设备等。
其软件工作原理为：独立电路的MCU芯片U3，作数字诊断检测功能（即DDM）使用，可以进行设置DDM参数并对其参数进行监控和实时上报。MCU通过SDA与SCL与外部设备连接，上报光模块的DDM参数；光模块内部是通过MCU的MON1与MON2连接驱动芯片的PCMON与BCMON来通信，提取光模块内部的DDM参数；
该电路使用了U1、U2及U3 等3个独立的芯片，从以上过程看，对比例1中的三组芯片除了连接光电信号外基本独立工作，成本高，而且给线路板的布局及封装带来极大的复杂性，没有竞争力，亟待改进。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种10G低成本光电转换模块电路，包括三合一主芯片U0以及分别与三合一主芯片U0电性连接的电接口电路J1、发射光路TOSA和接收光路ROSA，其特征在于，所述电接口电路J1分别设有与发射光路TOSA和接收光路ROSA的接口，所述电接口电路J1与发射光路TOSA连接的接口电性连接电接口电路J1的TD+引脚和TD-引脚，所述电接口电路J1与接收光路ROSA连接的接口电性连接电接口电路J1的RD+引脚和RD-引脚；
所述三合一主芯片U0还设有主要由电阻、电感及电容组成的外围电路，所述外围电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第三电容C3和第四电容C4，所述第一电容C1的一端与第一电阻R1的一端和三合一主芯片U0的LDIP引脚连接，所述第二电容C2的另一端与电接口电路J1的TD+引脚连接，所述第二电容C2的一端与第一电阻R1的另一端和三合一主芯片U0的LDIN引脚连接，所述第二电容C2的另一端与J1的TD-引脚连接，所述三合一主芯片U0的TX_FAULT引脚和TX_DISABLE引脚分别与J1的TX_FAULT引脚和TX_DISABLE引脚对应连接，所述三合一主芯片U0的SDA引脚和SCL引脚分别与J1的MOD-DEF2引脚和MOD-DEF1引脚连接，所述第三电容C3的一端与三合一主芯片U0的LAOP引脚连接，所述第三电容C3的另一端与J1的RD+引脚连接，所述第四电容C4的一端与三合一主芯片U0的LAON引脚连接，所述第四电容C4的另一端与J1的RD-引脚连接；
所述三合一主芯片U0又通过LAIP脚线和LAIN脚线反馈连接接收光路ROSA，所述三合一主芯片U0又通过LDOP脚线和LDON脚线反馈连接接收光路TOSA；
所述三合一主芯片U0还通过SDA-E脚线和SCL-E脚线连接有上位机PC芯片。
2.根据权利要求1所述的一种10G低成本光电转换模块电路，其特征在于，所述发射光路TOSA包括激光器LD和背光检测器PD，所述发射光路TOSA采用DFB激光器封装结构，主芯片驱动激光器LD发光, 背光检测PD是负责监测和分担lD的电流,当LD的电流偏大时,PD会分担一些过来,从而减轻LD的压力, 形成一个负反馈电路工作模式。
3.根据权利要求1所述的一种10G低成本光电转换模块电路，其特征在于，所述接收光路ROSA包括光电探测器PIN和前置放大器TIA，所述接收光路ROSA 采用PINTIA封装结构，接收光路ROSA由光电探测器PIN+前置放大器TIA电性连接后封装在一起；光电探测器PIN用于探测光信号并将探测到的光信号转换为电信号，前置放大器TIA用于放大所述电信号。
4.根据权利要求1所述的一种10G低成本光电转换模块电路，其特征在于，所述三合一主芯片U0的空片型号具体是UX3261。
5.根据权利要求1所述的一种10G低成本光电转换模块电路，其特征在于，所述电接口电路J1具体是20PIN接口电路，20PIN接口电路用于10G SFP+光模块与远程设备建立通信连接，相应的10G SFP+光模块的封装形式也是20PIN引脚定义。
6.根据权利要求1所述的一种10G低成本光电转换模块电路，其特征在于，所述三合一主芯片U0内还携带有移位寄存器，所述上位机PC芯片通过I/O总线与移位寄存器电性连接。
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