專利名稱：一種低成本的插拔式光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種應用在光通信系統(tǒng)中的插拔式光模塊。
背景技術(shù)：
目前光通信市場正處于飛速發(fā)展的階段，隨著技術(shù)的成熟和市場對帶寬的需求， 光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)開始被大規(guī)模地應用并逐步進入了千家萬戶。作為光纖通信系統(tǒng)的核心部件——光模塊，其價格壓力也日益增大。一些在滿足光模塊產(chǎn)品基本功能基礎(chǔ)上的降成本方案，已經(jīng)被迅速開發(fā)并替代傳統(tǒng)的光模塊解決方案。作為用戶端所使用的光網(wǎng)絡單元 ONU光模塊，由于世界范圍內(nèi)對其的海量需求，也使得其成本控制在整個光模塊的研發(fā)生產(chǎn)過程中顯得尤為重要。具有數(shù)字診斷功能的ONU光模塊是近年來市場上的主流產(chǎn)品，其內(nèi)部硬件設(shè)計多采用發(fā)射和接收一體的芯片搭配低成本的單片機來實現(xiàn)智能監(jiān)控診斷功能。目前這種設(shè)計方案日趨成熟，各模塊廠商之間產(chǎn)品性能質(zhì)量極為接近，價格戰(zhàn)愈演愈烈。但是，采用這種多芯片的電路設(shè)計方案不可避免地會引入更多的引腳走線，從而必須增加光模塊內(nèi)部PCB 板的信號層數(shù)，這樣一來，不僅會使得整個光模塊的硬件成本上升，也給PCB板的布線帶來了困難。同時，由于通用型單片機并非專門為光模塊所設(shè)計，其與發(fā)射接收一體芯片之間的軟硬件配合在應對不同應用環(huán)境時經(jīng)常會出現(xiàn)誤動作等問題，從而為今后的海量應用埋下了隱患。并且，如果要滿足光模塊的應用，單片機最低也要8位以上、帶高精度ADC和DAC、 并且內(nèi)置溫度傳感器等檢測部件。目前市面上要滿足以上要求的單片機選型范圍較小，價格居高不下，一般需要占據(jù)整個光模塊硬件成本的30%至50% (根據(jù)不同功能要求略有區(qū)別)，這也給光模塊低成本設(shè)計方案的提出帶來了困難。基于以上原因，如何能夠以極低的硬件成本實現(xiàn)光模塊對數(shù)字診斷功能的支持， 以滿足電信運營商、通信設(shè)備商大幅降低光模塊成本的需求，是廣大光模塊開發(fā)商亟待解決的主要問題之一。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種低成本的插拔式光模塊，通過采用三合一集成芯片設(shè)計光模塊電路，從而在滿足光模塊所要求具備的基本功能的同時，簡化了電路結(jié)構(gòu)，大幅降低了硬件成本。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)一種低成本的插拔式光模塊，包括激光器、光電接收器和一顆集成有激光驅(qū)動電路、限幅放大電路和微處理器內(nèi)核的三合一芯片，所述三合一芯片分別與所述的激光器和光電接收器相連接；所述激光器和光電接收器分別通過光纖與光模塊殼體上設(shè)置的插拔型光接口相連接。[0009]進一步的，所述三合一芯片通過總線連接存儲器。優(yōu)選的，所述存儲器優(yōu)選采用EEPROM存儲器，通過1 總線連接所述的三合一芯片。進一步的，所述三合一芯片的偏置電流輸出端和調(diào)制電流端子分別連接激光器的負端，所述激光器的正端連接直流電源。其中，所述激光器可以采用內(nèi)部僅集成有發(fā)光二極管的激光器進行電路設(shè)計，無需封裝背光檢測二極管，由此可以進一步降低硬件成本。為了對激光器當前是否發(fā)光進行監(jiān)測，可以將所述激光器的負端連接到光模塊的發(fā)光指示信號輸出接口上，根據(jù)激光器負端的電平變化來判斷激光器當前是否處于發(fā)光狀態(tài)。又進一步的，所述光電接收器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過其差分數(shù)據(jù)輸出端傳輸至所述的三合一芯片。優(yōu)選的，所述光電接收器的差分數(shù)據(jù)輸出端通過串聯(lián)的隔直電容連接所述的三合
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一心片。再進一步的，所述光電接收器根據(jù)接收到的光信號產(chǎn)生與之對應的響應電流，并將所述響應電流通過釆樣保持電路傳輸至所述的三合一芯片，以用于計算平均接收光功率。更進一步的，在所述采樣保持電路中包含有一電容，所述電容的正極分別與光電接收器的響應電流輸出端和三合一芯片的ADC端口相連接，負極接地，對光電接收器輸出的響應電流進行采樣保持。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型采用三合一集成芯片配合光電接收器和激光器設(shè)計光模塊電路，在大幅降低硬件成本的同時，采用單芯片的設(shè)計方案簡化了 PCB走線，節(jié)約了空間，增強了光模塊工作的穩(wěn)定性，并且避免了傳統(tǒng)雙芯片方案之間軟硬件配合出現(xiàn)的問題，同時更具目的性的專用型單芯片避免了芯片中無用資源的浪費，使芯片的資源利用率最大最優(yōu)化，真正實現(xiàn)了發(fā)射、接收和MCU內(nèi)核控制的無縫連接。結(jié)合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

圖1是采用傳統(tǒng)雙芯片方案設(shè)計的光模塊的一種實施例的電路原理圖；圖2是本實用新型所提出的低成本光模塊的一種實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。在傳統(tǒng)的光模塊電路設(shè)計中，以用戶端的光網(wǎng)絡單元ONU為例進行說明，通常都是采用雙芯片的閉環(huán)設(shè)計方案，參見圖1所示。其中，雙芯片即指集成有激光驅(qū)動器和限幅放大器的收發(fā)一體芯片Ul和具有一定數(shù)據(jù)存儲容量的通用型單片機MCU。采用所述雙芯片配合光電接收器PIN和激光器BOSA構(gòu)成閉環(huán)控制回路，即可實現(xiàn)光模塊對數(shù)字診斷功能的支持。具體來講，在進行閉環(huán)控制回路設(shè)計時，首先需要選用集成有發(fā)光二極管和背光檢測二極管的激光器B0SA，通過收發(fā)一體芯片Ul輸出偏置電流Ibias和調(diào)制電流Imod，驅(qū)動激光器BOSA中發(fā)光二極管發(fā)光，以將用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光信號通過光纖傳送至局端。為了實現(xiàn)發(fā)送光功率的檢測，需要利用激光器BOSA中集成的背光檢測二極管來檢測發(fā)光二極管的發(fā)光強度。激光器BOSA中背光檢測二極管根據(jù)發(fā)光二極管發(fā)出的光線強弱產(chǎn)生相應大小的背光電流Liid，通過由開關(guān)芯片K和儲能電容C4組成的采樣保持電路進行采樣保持后，進而通過MCU的ADC端口進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以提供給MCU實現(xiàn)對突發(fā)模式下平均發(fā)送光功率的監(jiān)控及準確計算。與偏置電流Ibias相當?shù)碾娏餍盘朆ias-MON經(jīng)下拉電阻Rl 后，轉(zhuǎn)換為電壓信號傳輸至MCU的另外一路ADC端口，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，以實現(xiàn)對偏置電流 Ibias的監(jiān)控校準。為了保持穩(wěn)定的平均光功率，還需要設(shè)計自動功率控制回路APC LOOP，如圖1所示。所述自動功率控制回路APC LOOP利用激光器BOSA封裝的背光檢測二極管產(chǎn)生的背光電流Lnd，調(diào)節(jié)激光驅(qū)動器所產(chǎn)生的偏置電流Bias，使得檢測到的偏置電流Ibias能夠與其內(nèi)部預先設(shè)置的參考電流相當，即成一定的比例關(guān)系，以提供恒定的光輸出功率。對于下行接收光功率的檢測，現(xiàn)有的光網(wǎng)絡單元ONU將光電接收器PIN輸出的響應電流Ipd通過一采樣保持電路(可以由電阻R3和電容C3并聯(lián)組成)傳輸至MCU的另外一路ADC端口，如圖1所示，以實現(xiàn)光網(wǎng)絡單元ONU在連續(xù)模式下對接收光功率的精確監(jiān)控。由圖1所示的雙芯片閉環(huán)電路設(shè)計方案可以清楚地看出傳統(tǒng)的光模塊電路結(jié)構(gòu)復雜，需要考慮兩個芯片之間軟硬件的配合問題，不僅PCB布線復雜、硬件成本高，而且可選用的單片機型號較少，模塊工作的穩(wěn)定性差。為了解決傳統(tǒng)光模塊電路所存在的上述缺陷，本實施例提出了一種采用三合一集成芯片設(shè)計的光模塊電路，以達到簡化電路設(shè)計、降低硬件成本的目的。下面通過一個具體的實施例來詳細闡述所述光模塊電路的具體組建結(jié)構(gòu)及其工作原理。實施例一，參見圖2所示，本實施例將激光驅(qū)動電路、限幅放大電路和微處理器 MCU內(nèi)核集成在一顆三合一芯片U2中，配合光電接收器PIN和激光器LD，采用開環(huán)控制方式組建光模塊電路。其中，在所述三合一芯片U2中還可以進一步集成ADC、DAC、主從1 控制器、溫度傳感器、電壓參考源和振蕩器等功能單元，以簡化外圍電路的設(shè)計。微控制器 MCU內(nèi)核與激光驅(qū)動電路、限幅放大電路通信，以實現(xiàn)對激光器驅(qū)動電路和限幅放大電路的控制和配置，同時讀取需要的監(jiān)控量，用于實現(xiàn)光模塊的監(jiān)控功能。采用單芯片的開環(huán)電路設(shè)計方案不僅適用于局端的光線路終端OLT光模塊，也同樣適用于用戶端的光網(wǎng)絡單元ONU光模塊。本實施例下面僅以O(shè)NU光模塊為例進行說明。如圖2所示，三合一芯片U2通過其兩個差分信號輸入端連接數(shù)據(jù)接收端DATA，接收用戶發(fā)出的發(fā)送或者接收控制指令以及數(shù)據(jù)信號。三合一芯片U2的偏置電流輸出端和調(diào)制電流端子分別連接激光器LD的負端，所述激光器LD的正端連接直流電源VCCT。當用戶需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，三合一芯片U2中的激光驅(qū)動器首先產(chǎn)生偏置電流rtias，作用于激光器LD中的發(fā)光二極管，驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。與此同時，用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)信號輸入到激光驅(qū)動器，進而生成調(diào)制電流Imod調(diào)制到偏置電流Ibias上，通過控制激光器LD中發(fā)光二極管的導通程度來改變其發(fā)光強弱，進而將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)變成光信號，通過光纖線纜傳送至局端。考慮到激光器的典型閾值電流在溫度由低溫升高到高溫的過程中，激光器的閾值電流會升高大約20毫安。由于閾值電流的升高，為了保持同樣的平均光功率輸出，激光器的電流就需要增大；反之，如果對激光器的閾值升高不進行補償?shù)脑?，就會導致平均光功率產(chǎn)生很大的變化。對于光功率的補償問題，傳統(tǒng)的雙芯片設(shè)計方案需要增加自動功率控制回路APC LOOP，形成閉環(huán)控制回路，如圖1所示，利用激光器BOSA封裝的背光檢測二極管產(chǎn)生的背光電流Liid，調(diào)節(jié)激光驅(qū)動器產(chǎn)生的偏置電流rtias，以達到光輸出功率的恒定。而采用本實施例所提出的單芯片設(shè)計方案，則可以采用開環(huán)模式實現(xiàn)，即利用光功率補償查表的方法來補償光功率隨溫度變化而產(chǎn)生的變化，從而使得光功率在高低溫的環(huán)境下都能保持恒定，避免了自動功率控制回路APC LOOP的使用，簡化了電路結(jié)構(gòu)。不僅如此，采用單芯片的設(shè)計方案，在選擇激光器LD時，可以采用僅封裝有發(fā)光二極管而無背光檢測二極管的激光器元件進行電路設(shè)計，從而可以達到進一步降低硬件成本的目的。此外，傳統(tǒng)的雙芯片設(shè)計方案采用通過MCU模擬1 接口的方法與激光驅(qū)動器進行通信。這種通過軟件模擬1 接口的方法不夠穩(wěn)定，同時MCU對激光驅(qū)動器的智能控制由于1 接口的速率瓶頸也會造成了時間延遲，這種延遲性的控制對于工作在1.25G速率的激光驅(qū)動器來說，控制反應略顯滯后。而采用三合一單芯片U2的設(shè)計方案則可以通過芯片內(nèi)部的MCU實現(xiàn)對激光驅(qū)動電路的直接控制，從而達到快速控制響應的目的。以上這種快速控制的優(yōu)勢還體現(xiàn)在MCU可以根據(jù)實時監(jiān)控的收發(fā)模塊的溫度、供電電壓和激光偏置電流的不同情況來對激光驅(qū)動電路進行及時的控制，以保證光模塊的無故障運行。而對于光模塊的發(fā)光指示功能，考慮到半導體激光器LD在其發(fā)光和關(guān)斷時，其負端電平會發(fā)生變化的特性，本實施例將激光器LD的負端連接光模塊的發(fā)光指示信號輸出接口 Tx_SD，將激光器LD的負端電平變化發(fā)送至外部系統(tǒng)，供網(wǎng)絡管理單元探測和使用，以指示該模塊中激光器LD的工作狀態(tài)。在光信號的接收方面，光電接收器PIN通過其內(nèi)部的光敏二極管接收通過光纖輸入的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，通過其差分數(shù)據(jù)輸出端OUT、-OUT輸出。通過光電接收器PIN輸出的差分數(shù)據(jù)信號各自經(jīng)由一路隔直電容Cl、C2隔離掉其中的直流成分后，輸入到三合一芯片U2中的限幅放大電路，以對接收到的差分數(shù)據(jù)信號的幅值進行放大處理，然后輸出至后續(xù)電路。在接收光功率監(jiān)控方面，光電接收器PIN通過其內(nèi)部的光敏二極管接收通過光纖輸入的光信號，進而產(chǎn)生與之對應的響應電流Ipd。將所述響應電流Ipd通過采樣保持電路傳輸至三合一芯片U2的ADC端口，進而通過三合一芯片U2內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以提供給MCU內(nèi)核實現(xiàn)對連續(xù)模式下平均接收光功率的監(jiān)控校準。所述采樣保持電路可以采用一顆與三合一芯片U2外接的電容C3配合三合一芯片U2的內(nèi)置電阻組成， 將電容C3的正極分別與光電接收器PIN的響應電流輸出端和三合一芯片U2的所述ADC端口相連接，負極接地。利用所述電容C3在對光電接收器PIN輸出的響應電流Ipd進行采樣保持的同時，還可以對響應電流Ipd起到低通濾波的作用，以濾除干擾脈沖；利用三合一芯片U2的內(nèi)置電阻可以將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，并通過對其阻值進行合理配置，以滿足三合一芯片U2的ADC端口所支持的輸入電平范圍，并充分考慮在整個光接收動態(tài)范圍內(nèi)滿足SFF-8472規(guī)定的精度。[0037] 在三合一芯片U2的外圍需要配置一顆大容量的存儲器，本實施例以EEPROM存儲器為例進行說明，如圖2所示，其容量可以根據(jù)需要具體選擇，優(yōu)選采用I2C總線的方式與三合一芯片U2連接通信。在EEPROM內(nèi)部劃分有程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，三合一芯片U2 中的微處理器MCU通過1 總線從EEPROM內(nèi)上載程序和傳輸數(shù)據(jù)，即通過一顆三合一芯片 U2和一個EEPROM芯片，實現(xiàn)了光模塊的發(fā)射、接收、數(shù)字診斷等全部功能，電路結(jié)構(gòu)極為簡另外，對于工作溫度和供電電壓的監(jiān)控則可以采用三合一芯片U2內(nèi)部集成的溫度傳感器和內(nèi)部ADC進行采集轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。將本實施例的光模塊采用插拔式接口進行封裝設(shè)計，具體可以采用SFF或者SFP 的接口封裝形式。在光模塊的殼體上設(shè)置插拔型的光接口，比如LC接口等，通過光纖分別與光模塊內(nèi)部的光電接收器PIN和激光器LD相連接。將外部光纖線纜插入到光模塊的光接口中，便可實現(xiàn)光模塊與外部光纖線纜的連接。本實施例所提出的光模塊單芯片設(shè)計方案集成度高，成本低，外圍器件使用少，為日益小型化的光模塊提供了更多的布線空間，從根本上解決了目前選用獨立單片機來實現(xiàn)數(shù)字診斷功能的諸多劣勢，比如價格高、可選型號少、穩(wěn)定性差等，從而以簡單的電路結(jié)構(gòu)滿足了光模塊的發(fā)射、接收、數(shù)字診斷三大功能要求。當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例， 本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換， 也應屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種低成本的插拔式光模塊，其特征在于包括激光器、光電接收器和一顆集成有激光驅(qū)動電路、限幅放大電路和微處理器內(nèi)核的三合一芯片，所述三合一芯片分別與所述的激光器和光電接收器相連接；所述激光器和光電接收器分別通過光纖與光模塊殼體上設(shè)置的插拔型光接口相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于所述三合一芯片通過總線連接存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于所述存儲器為EEPR0M， 通過1 總線連接所述的三合一芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于所述三合一芯片的偏置電流輸出端和調(diào)制電流端子分別連接激光器的負端，所述激光器的正端連接直流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于在所述激光器中僅設(shè)置有發(fā)光二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于所述激光器的負端連接光模塊的發(fā)光指示信號輸出接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于所述光電接收器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過其差分數(shù)據(jù)輸出端傳輸至所述的三合一芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于所述光電接收器的差分數(shù)據(jù)輸出端通過串聯(lián)的隔直電容連接所述的三合一芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于所述光電接收器根據(jù)接收到的光信號產(chǎn)生與之對應的響應電流，并將所述響應電流通過采樣保持電路傳輸至所述的三合一芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的低成本的插拔式光模塊，其特征在于在所述采樣保持電路中包含有一電容，所述電容的正極分別與光電接收器的響應電流輸出端和三合一芯片的 ADC端口相連接，負極接地。
專利摘要本實用新型公開了一種低成本的插拔式光模塊，包括激光器、光電接收器和一顆集成有激光驅(qū)動電路、限幅放大電路和微處理器內(nèi)核的三合一芯片，所述三合一芯片分別與所述的激光器和光電接收器相連接；所述激光器和光電接收器分別通過光纖與光模塊殼體上設(shè)置的插拔型光接口相連接。本實用新型采用三合一單芯片配合光電接收器和激光器設(shè)計光模塊電路，在大幅降低硬件成本的同時，簡化了PCB走線，節(jié)約了模塊空間，增強了光模塊工作的穩(wěn)定性，并且避免了傳統(tǒng)雙芯片方案之間軟硬件配合出現(xiàn)的問題，同時更具目的性的專用型單芯片避免了芯片中無用資源的浪費，使芯片的資源利用率最優(yōu)化，真正實現(xiàn)了發(fā)射、接收和MCU內(nèi)核控制的無縫連接。
文檔編號G02B6/42GK202189170SQ201120318748
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月29日
發(fā)明者張華 , 高庭 申請人:青島海信寬帶多媒體技術(shù)有限公司