公开/公告号CN102739318A
专利类型发明专利
公开/公告日2012-10-17
原文格式PDF
申请/专利权人 东莞市一普实业有限公司;
申请/专利号CN201110083831.6
发明设计人 王自和;
申请日2011-04-02
分类号H04B10/24(20060101);H04B10/12(20060101);
代理机构44215 东莞市华南专利商标事务所有限公司;
代理人梁永宏
地址 523921 广东省东莞市虎门镇赤岗南社新一区一巷66-1号东莞市一普实业有限公司
入库时间 2023-12-18 06:57:20
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-01-20
授权
授权
2015-08-12
著录事项变更 IPC(主分类):H04B10/24 变更前: 变更后: 申请日:20110402
著录事项变更
2012-12-12
实质审查的生效 IPC(主分类):H04B10/24 申请日:20110402
实质审查的生效
2012-10-17
公开
公开
技术领域
本发明涉及塑料光纤通信技术领域,尤其涉及一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块。
背景技术
塑料光纤又称聚合物光纤,是一种新兴的光纤通信介质,其纤芯和包层都有塑料材料制成。塑料光纤具有韧性好、不容易折断、数值孔径大、容易耦合的特点。
现有塑料光纤通信系统中使用的收发合一光模块,一般为采用温度补偿的方式来维持发射光功率的稳定,但由于电子元器件的特点和驱动器芯片的驱动特性,通过温度补偿方式只能实现一定的稳定度,在高温情况下,很难实现发射光功率的高度稳定;而且,现有的收发合一光模块采用焊接式的插件封装,当光模块发生故障时,需要将设备整机返回原厂才能更换新的光模块。
发明内容
本发明的是提供一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块,其可以实现发射光功率的高度稳定和带电热插拔。
一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块,包括光接收机和光发射机,小型可热插拔收发合一光模块还包括符合SFP多源协议的SFP光模块接口,光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器,光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器,光发射组件驱动器具有自动功率控制电路,光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片,自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路,光接收机和光发射机均与SFP光模块接口连接;当光发射组件驱动器驱动光发射组件发光时,光发射组件的背光检测光电二极管实时监测发光器芯片的发光强度,并转换成相应大小的光电流输入到光发射组件驱动器的自动功率控制电路,光发射组件驱动器实时调整输出的调制电流和偏置电流,从而稳定光发射组件的发射光功率。
其中,SFP光模块接口的具体型号为SFP-2X10;光发射机包括具有半导体激光二极管和背光检测光电二极管的光发射芯片LD,驱动芯片U1,电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7、R10、R11、R13、R14、R15、R16、R17、R18,电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C8、C10、C11、C12、C13、C14、C15,电感L1、L2、L3;U1的具体型号为UX2211,LD的3脚、C6的一端与U1的18脚连接,LD的2脚、R17的一端、L3的一端与R16的一端连接,LD的4脚、R15的一端、L2的一端与R18的一端连接,R17的另一端与C5的一端连接,L3的一端与U1的13脚连接,R16的另一端与C4的一端连接,C4的另一端、R14的一端与U1的16脚连接,R15的另一端与C3的一端连接,C3的另一端、R13的一端与U1的15脚连接,R13的另一端、L2的另一端、R18的另一端、R14的另一端、C15的一端、C10的一端、C11的一端、C12的一端、C13的一端、C14的一端、L1的一端、U1的2脚、U1的5脚、U1的14脚、U1的17脚与电源VCCT连接,L1的另一端与SFP-2X10的16脚连接,C8连接在U1的19脚与20脚之间,R1的一端、C1的一端与U1的3脚连接,C1的另一端与SFP-2X10的18脚连接,R1的另一端、C2的一端与U1的4脚连接,C2的另一端与SFP-2X10的19脚连接,U1的24脚与R5的一端连接,U1的1脚与R4的一端连接,U1的22脚与R2的一端连接,U1的7脚与R6的一端连接,U1的8脚与R7的一端连接,SFP-2X10的2脚与U1的11脚连接,SFP-2X10的3脚与U1的6脚连接,R10的一端、R11的一端与U1的21脚连接,C6的另一端、LD的1脚、C5的另一端、C15的另一端、C10的另一端、C11的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、R2的另一端、R4的另一端、R5的另一端、R6的另一端、R7的另一端、R10的另一端、R11的另一端与地GNDT连接,R10和R11为消光比调节电阻。
其中,光接收机包括限幅放大芯片U2,光接收芯片PIN-TIA,电阻R20、R21、R24、R25、R27,电容C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C32、C34,电感L4、L5、L6;U2的具体型号为UX2109,PIN-TIA的1脚、C34的一端与L6的一端连接,PIN-TIA的3脚、C20的一端、R20的一端与C21的一端连接,PIN-TIA的2脚、C20的另一端、R20的另一端与C22的一端连接,C21的另一端与U2的4脚连接,C22的另一端与U2的5脚连接,L6的另一端、C32的一端、C30的一端、C28的一端、C27的一端、L5的一端、L4的一端、U2的14脚与电源VCCR连接,C30的另一端与U2的7脚连接,L5的另一端、C29的一端与U2的6脚连接,C23连接在U2的1脚与2脚之间,U2的16脚与R21的一端连接,U2的15脚与C24的一端连接,L4的另一端与SFP-2X10的15脚连接,U2的13脚、R24的一端与C25的一端连接,C25的另一端与SFP-2X10的13脚连接,U2的12脚、R25的一端与C26的一端连接,C26的另一端与SFP-2X10的12脚连接,SFP-2X10的8脚与R27的一端连接,R27的另一端、U2的8脚与U2的9脚连接,PIN-TIA的4脚、C34的另一端、C32的另一端、C28的另一端、C27的另一端、C29的另一端、R21的另一端、C24的另一端、R24的另一端、R25的另一端与地GNDR连接。
还包括存储芯片U3,U3的具体型号为AT24C02,U3的5脚与SFP-2X10的4脚连接,U3的6脚与SFP-2X10的5脚连接,U3的1脚、2脚、3脚、4脚、7脚与地GNDT连接,U3的8脚与电源VCCT连接。AT24C02为串行E2PROM,其基于I2C总线 的存储器件,遵循二线制协议,用来存储光模块的相关信息数据。
其中,光接收组件包括光电探测器和将光电探测器输出的电流信号进行放大处理的跨阻放大器。
其中,光电探测器为高速硅光电二极管。
其中,发光器芯片为共振腔发光二极管。
其中,发光器芯片为导体激光二极管。
其中,光接收组件为采用带球透镜TO-46封装形式的光接收组件,光发射组件为采用带球透镜TO-46或带球透镜TO-56封装形式的光发射组件。
本发明有益效果:塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块包括光接收机和光发射机,小型可热插拔收发合一光模块还包括符合SFP多源协议的SFP光模块接口,光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器,光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器,光发射组件驱动器具有自动功率控制电路,光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片,自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路,光接收机和光发射机均与SFP光模块接口连接;当光发射组件驱动器驱动光发射组件发光时,光发射组件的背光检测光电二极管实时监测发光器芯片的发光强度,并转换成相应大小的光电流输入到光发射组件驱动器的自动功率控制电路,光发射组件驱动器实时调整输出的调制电流和偏置电流,从而稳定光发射组件的发射光功率。本技术方案的光发射组件驱动器具有自动功率控制电路,且光模块使用了SFP光模块接口,故可以实现发射光功率的高度稳定和带电热插拔功能。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块包括光接收机和光发射机,小型可热插拔收发合一光模块还包括符合SFP多源协议的SFP光模块接口,光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器,光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器,光发射组件驱动器具有自动功率控制电路,光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片,自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路,光接收机和光发射机均与SFP光模块接口连接;当光发射组件驱动器驱动光发射组件发光时,光发射组件的背光检测光电二极管实时监测发光器芯片的发光强度,并转换成相应大小的光电流输入到光发射组件驱动器的自动功率控制电路,光发射组件驱动器实时调整输出的调制电流和偏置电流,从而稳定光发射组件的发射光功率。
本技术方案采用工作波长在可见光波段的光发射组件和光接收组件,使得小型可热插拔收发合一光模块可以应用于塑料光纤通信系统设备,可见光波段包括但不限于波长650nm和520nm。光发射机将待发射的电信号转换为光信号通过光纤传送出去,光接收机将光纤远端传来的光信号还原为电信号送给信号处理芯片。光发射机的光发射组件驱动器将待发射的正发射极耦合逻辑(Positive Emitter Coupled Logic,PECL)电平信号进行放大处理后,驱动光发射组件发光,以发射信号。
本发明的光模块具备SFP(Small Form-factor Pluggable)光模块接口,符合SFP多源协议(MultiSource Agreement,MSA),因此具备通用的接口标准,可广泛用于现有的光纤通信设备,而不必重新设计光纤通信系统设备的印刷电路板,有利于塑料光纤通信的推广普及。当光模块发生故障时,在不用断开设备的电源情况下,可以直接将有故障的光模块从设备上面拔下来,换上新的光模块,实现光模块的带电热插拔,大大减少设备的维护时间,提高设备维护的效费比。
本发明的光模块使用SFP光模块接口,可采用SFP锌合金压铸外壳封装形式,比现在的1X9和GBIC(Giga Bitrate Interface Converter,GBIC)封装光模块的体积缩小了一倍;因此,可以使设备的接口容量在相同设备体积的条件下增加一倍。
本发明的光模块的光发射组件驱动器具有自动功率控制(Auto Power Control,APC)电路,自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路,光发射组件驱动器根据背光检测光电二极管实时检测的光电流,实时调整输出的调制电流和偏置电流,故可以实现发射光功率的高度稳定。
本实施例中,光发射组件驱动器包括自动功率控制电路,光发射组件驱动器还可以包括信号放大电路、驱动电路等,光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片,光发射组件驱动器的自动功率控制(Auto Power Control,APC)电路和光发射组件的背光检测光电二极管组成一个闭环回路,当光发射组件驱动器驱动光发射组件发光时,光发射组件的背光检测光电二极管实时监测发光器芯片的发光强度,并转换成相应大小的光电流输入到光发射组件驱动器的自动功率控制电路,光发射组件驱动器实时调整输出的调制电流和偏置电流,从而稳定光发射组件的发射光功率。通过光发射组件驱动器的自动功率控制电路,可以保证发射光功率的高度稳定,从而大大减少因为光功率波动而产生的误码,提高塑料光纤通信系统的可靠性。
本实施例中,发光器芯片可以为半导体激光二极管(Laser Diode)。半导体激光二极管与共振腔发光二极管(Resonant Cavity Light Emitting Diodes)相比,具有更高的调制速度,可以达到2.5Gbps以上,而且具有更窄的发射谱线,传输色散影响会更小;发射光斑更小,有利于光功率的耦合。可以有效增加通信传输距离。
作为另一个优选实施方式,发光器芯片可以为共振腔发光二极管,其具有垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)特性,阈值电流很低,速度较快,可以达到1.25Gbps,成本较低。需要说明的是,除共振腔发光二极管和半导体激光二极管外,本发明还可以使用其它可以发射波长在可见光波段的光发射组件。
光接收机包括限幅放大器(Limiting Amplifier,LA)和光接收组件(Receiver Optical Subassembly,ROSA),光接收组件将输入的光信号转换为电信号输出,限幅放大器将从光接收组件接收到的电信号进行限幅放大后输出。当限幅放大器接收到的电压信号低于预先设定的阈值时,限幅放大器的告警信号输出端输出告警信号,表示光纤中没有光信号传输。
本实施例中,光接收组件包括跨阻放大器(Transimpedance Amplifiers,TIA)和光电探测器,可以使用集成跨阻放大器和光电探测器的光接收组件(Receiver Optical Subassembly,ROSA),其具有高灵敏度、高可靠性的特点,灵敏度在650nm波长155Mbps速率下可达到-29dBm,达到了国际先进水平。
跨阻放大器将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号,然后进行放大、自动增益调节后输出给限幅放大器。本实施例中,光电探测器为高速、大面积、低结电容的高速硅光电二极管,硅光电二极管对于可见光有较高的响应度,可以有效接收由塑料光纤传输过来的大光斑光信号;硅光电二极管与跨阻放大器结合,可以将探测到的微弱的光信号转换为光电流并加以放大成电压信号。需要说明的是,除硅光电二极管外,本发明还可以使用其它的光电探测器。
本实施中,光接收组件为采用带球透镜TO-46封装形式的光接收组件,光发射组件为采用带球透镜TO-46或带球透镜TO-56封装形式的光发射组件。需要说明的是,本发明还可以使用其它的封装形式。
小型可热插拔收发合一光模块的工作原理如下:当光发射机接收到PECL电平信号时,经过光发射组件驱动器缓冲放大,驱动光发射组件发光,光信号在塑料光纤中传输;当由塑料光纤传输的光信号入射到光接收机时,光接收组件中的光电探测器将接收到的光信号转换为光电流信号后输出给跨阻放大器,跨阻放大器将上述微弱的光电流信号转换为电压信号,并放大调整后输出给限幅放大器,限幅放大器将跨阻放大器输出的电压信号进行限幅放大后输出。为避免电源对光发射组件驱动器和限幅放大器等元器件的噪声干扰,电源与光模块之间可以连接电源滤波网络,以对干扰信号进行滤波处理。
实施例二
参见图1。本实施例中, SFP光模块接口的具体型号为SFP-2X10;光发射机包括具有半导体激光二极管和背光检测光电二极管的光发射芯片LD,驱动芯片U1,电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7、R10、R11、R13、R14、R15、R16、R17、R18,电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C8、C10、C11、C12、C13、C14、C15,电感L1、L2、L3;U1的具体型号为UX2211,LD的3脚、C6的一端与U1的18脚连接,LD的2脚、R17的一端、L3的一端与R16的一端连接,LD的4脚、R15的一端、L2的一端与R18的一端连接,R17的另一端与C5的一端连接,L3的一端与U1的13脚连接,R16的另一端与C4的一端连接,C4的另一端、R14的一端与U1的16脚连接,R15的另一端与C3的一端连接,C3的另一端、R13的一端与U1的15脚连接,R13的另一端、L2的另一端、R18的另一端、R14的另一端、C15的一端、C10的一端、C11的一端、C12的一端、C13的一端、C14的一端、L1的一端、U1的2脚、U1的5脚、U1的14脚、U1的17脚与电源VCCT连接,L1的另一端与SFP-2X10的16脚连接,C8连接在U1的19脚与20脚之间,R1的一端、C1的一端与U1的3脚连接,C1的另一端与SFP-2X10的18脚连接,R1的另一端、C2的一端与U1的4脚连接,C2的另一端与SFP-2X10的19脚连接,U1的24脚与R5的一端连接,U1的1脚与R4的一端连接,U1的22脚与R2的一端连接,U1的7脚与R6的一端连接,U1的8脚与R7的一端连接,SFP-2X10的2脚与U1的11脚连接,SFP-2X10的3脚与U1的6脚连接,R10的一端、R11的一端与U1的21脚连接,C6的另一端、LD的1脚、C5的另一端、C15的另一端、C10的另一端、C11的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、R2的另一端、R4的另一端、R5的另一端、R6的另一端、R7的另一端、R10的另一端、R11的另一端与地GNDT连接,R10和R11为消光比调节电阻。
光发射芯片LD及其外围电路构成光发射组件,驱动芯片UX2211及其外围电路构成光发射组件驱动器。具有半导体激光二极管和背光检测光电二极管的光发射芯片LD为市售芯片,这里不赘述其内部结构,本发明并不限定其具体型号,只要能达到本发明目的即可。SFP光模块接口的具体型号为SFP-2X10。驱动芯片U1的具体型号为UX2211,该驱动芯片具有自动功率控制电路,还具有温度补偿电路、调制电流补偿电路等,这里不赘述其工作原理;当然也可以使用可以实现同等功能的其它型号的驱动芯片;市面上有集成有自动功率控制电路的其它型号的驱动芯片出售,本领域普通技术人员可以选择使用。本领域普通技术人员理解本技术方案的原理后,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,均属于本发明保护的范围。
UX2211芯片各个引脚的定义如表一所示:
表一
本实施例中,光接收机包括限幅放大芯片U2,光接收芯片PIN-TIA,电阻R20、R21、R24、R25、R27,电容C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C32、C34,电感L4、L5、L6;U2的具体型号为UX2109,PIN-TIA的1脚、C34的一端与L6的一端连接,PIN-TIA的3脚、C20的一端、R20的一端与C21的一端连接,PIN-TIA的2脚、C20的另一端、R20的另一端与C22的一端连接,C21的另一端与U2的4脚连接,C22的另一端与U2的5脚连接,L6的另一端、C32的一端、C30的一端、C28的一端、C27的一端、L5的一端、L4的一端、U2的14脚与电源VCCR连接,C30的另一端与U2的7脚连接,L5的另一端、C29的一端与U2的6脚连接,C23连接在U2的1脚与2脚之间,U2的16脚与R21的一端连接,U2的15脚与C24的一端连接,L4的另一端与SFP-2X10的15脚连接,U2的13脚、R24的一端与C25的一端连接,C25的另一端与SFP-2X10的13脚连接,U2的12脚、R25的一端与C26的一端连接,C26的另一端与SFP-2X10的12脚连接,SFP-2X10的8脚与R27的一端连接,R27的另一端、U2的8脚与U2的9脚连接,PIN-TIA的4脚、C34的另一端、C32的另一端、C28的另一端、C27的另一端、C29的另一端、R21的另一端、C24的另一端、R24的另一端、R25的另一端与地GNDR连接。
限幅放大芯片UX2109及其外围电路构成限幅放大器,光接收芯片PIN-TIA其外围电路构成光接收组件。本实施例中,限幅放大芯片U2的具体型号为UX2109,当然也可以使用可以实现同等功能的其它型号的芯片。
UX2109芯片各个引脚的定义如表二所示:
表二
限幅放大芯片UX2109可以接收较宽的输入电压,并提供固定的正发射极耦合逻辑输出电压,具有可控制的边沿速度,功能上等同于数据量化器。UX2109内部集成了功率检测电路,互补TTL信号丢失(LOS)输出用于指示输入功率是否跌落到可编程门限值以下,可选择的静噪功能在LOS状态下使数据输出保持在静态电平,UX2109可采用+3.3V或+5.0V单电源供电,;UX2109工作温度范围-40°C至+85°C,采用16引脚SO或16引脚QSOP封装。
限幅放大芯片UX2109的16脚接电阻来设定门限电平,在光接收组件输出的电压信号幅度过低时,即认定没有光信号输入时,UX2109中的告警电路根据预先设定的门限电平进行判断,当电压低于门限电平时,无光告警信号由UX2109的告警信号的10脚输出,告警信号的逻辑电平可以为TTL电平或是PECL。
本实施例中,还包括存储芯片U3,U3的具体型号为AT24C02,U3的5脚与SFP-2X10的4脚连接,U3的6脚与SFP-2X10的5脚连接,U3的1脚、2脚、3脚、4脚、7脚与地GNDT连接,U3的8脚与电源VCCT连接。AT24C02为串行E2PROM,其基于I2C总线 的存储器件,遵循二线制协议,用来存储光模块的相关信息数据。
图1中的参数值为NC的元器件,表示可以不安装,但为了实现另外的功能可以选择安装,这些元器件不会影响本发明目的的实现。
图1所示公开了各元器件的具体参数值,本技术领域的普通技术人员无需创造性劳动对图1的元器件及其参数值的修改以适应具体应用环境的技术方案,均属于本发明保护的范围。
图1所示的应用了UX2211、UX2109等元器件的具体实施例,是本申请人多次替换不同芯片和多次修改外围电路,并进行反复测试后得出的较优方案,其是本申请人创造性劳动的结晶;该具体实施例具有高速率(可达到250Mbps)、高灵敏度(-29dBm650nm 155Mbps NRZ码)、低误码率的特点;其性能稳定,性价比高,具有良好的市场前景。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
机译: 与单条光纤通信的双向光模块和实现该模块的光收发器
机译: 小型因子热插拔收发器模块
机译: 小型可插拔包装的热插拔光收发器