專利名稱：光模塊及其光模塊芯片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖通信技術，尤其涉及一種光模塊及其光模塊芯片。
背景技術：
目前的國內(nèi)市場以及國際市場，高帶寬、高速率和多種業(yè)務融合的光纖通信方向已經(jīng)開始應用；在眾多的解決方案中，光纖到戶(FTTH)的出現(xiàn)便被認為是寬帶接入的終極解決方案。國內(nèi)市場已經(jīng)大面積應用。而在FTTH眾多方案中，其中PON (無源光網(wǎng)絡)又備受關注，成為了目前主流的光接入方式。目前PON的網(wǎng)絡鋪設越來越多。光模塊作為PON網(wǎng)絡的核心部件，其價格壓力 也日益增大。目前，現(xiàn)有技術的光模塊中通常包括激光發(fā)射單元和激光接收單元，激光接收單元包括ROSA (Receiver Optical Subassembly,光接收組件)和限幅放大電路,激光接收單元包括TOSA及其激光驅(qū)動電路；或者光模塊中包括BOSA (Bidirectional OpticalSubassembly,雙向光組件)，BOSA可以進行激光發(fā)射和接收。ROSA、或者BOSA中通常包括有光電二極管和TIA。所述光電二極管具體可以是應用于GPON網(wǎng)絡的光模塊中的APD (Avalanche Photo Diode，雪崩光電二極管)，也可以是應用于EPON網(wǎng)絡的光模塊中的PIN光電二極管(在P、N結(jié)之間加進一個接近本征材料的I區(qū)，形成PIN結(jié)構(gòu)的半導體光電探測器)。光電二極管探測到光信號后會輸出相應的響應電流Ipd,TIA (Tranimpedance Amplifier,跨阻放大器)將輸出相應的差分電信號；該差分信號被送到限幅放大器，限幅放大器輸出相應的電信號。T0SA、或者BOSA中通常包括有激光發(fā)射光源，激光發(fā)射光源的激光驅(qū)動電路接收到電信號后，根據(jù)接收的電信號驅(qū)動激光發(fā)射光源發(fā)射特定波長的激光。此外，目前的光模塊普遍具有數(shù)字診斷功能，行業(yè)內(nèi)方案大多采用發(fā)射和接收一體的芯片，另外配合一個通用單片機來實現(xiàn)數(shù)字診斷功能；而且，光模塊中還需要具有一個為光電二極管(APD)升壓的芯片用于控制光電二極管(APD)兩端電壓，以及監(jiān)控光電二極管(APD)電流的電路。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AD和DA、帶內(nèi)部溫度傳感器等等。目前市面要滿足以上要求的單片機選型范圍較小，價格居高不下，占據(jù)了光?？煨酒桨赋杀镜?0%至50%。因此，現(xiàn)有技術的光模塊成本較高，有降低成本的需求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的實施例提供了一種光模塊及其光模塊芯片，用以降低光模塊成本。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種光模塊，包括光模塊芯片、激光發(fā)射光源、光電二極管和跨阻放大器TIA ；其中，所述光模塊芯片中集成了微控器、激光驅(qū)動電路、限幅放大電路；所述微控器通過內(nèi)部總線與所述激光驅(qū)動電路、限幅放大電路通信，用以控制所述激光驅(qū)動電路和限幅放大電路；所述光電二極管和TIA相連，所述TIA的電信號輸出端通過所述光模塊芯片的外接引腳與所述限幅放大電路的電信號輸入端相連，所述限幅放大電路對其電信號輸入端輸入的電信號進行限幅放大，限幅放大后的電信號從所述限幅放大電路的電信號輸出端通過所述光模塊芯片的外接引腳輸出；所述激光驅(qū)動電路通過所述光模塊芯片的外接引腳與所述激光發(fā)射光源相連，所述激光驅(qū)動電路的電信號輸入端通過所述光模塊芯片的外接引腳接收到電信號，根據(jù)從其電信號輸入端輸入的電信號驅(qū)動激光發(fā)射光源發(fā)射激光。進一步，所述光模塊還包括光電二極管電壓控制電路；以及，所述光模塊芯片中 還集成了 PWM輸出控制電路，所述微控器通過內(nèi)部總線與所述PWM輸出控制電路通信；以及，所述微控器中內(nèi)置了 ADC器件；所述光電二極管電壓控制電路中包括FET管、電阻R1-R5、二極管D1、電容Cl ；其中,Cl與連接于R3的一端與光電二極管的陽極之間,R3的另一端與所述光電二極管的陰極相連；Rl與R2串聯(lián)，R1、R2的串聯(lián)電路與Cl并聯(lián)；Dl的陰極與Cl和R3的連接點相連；R4跨接于FET管的柵極與漏極之間，F(xiàn)ET管的源極通過R5與電源相連，且FET管的源極與Dl的陽極相連；所述微控器的一個電壓輸入端連接到Rl與R2的連接點，通過其ADC器件檢測Rl或R2的分壓；所述微控器根據(jù)其檢測的電壓輸入端上的電壓，通過內(nèi)部總線控制所述PWM輸出控制電路輸出相應占空比的PWM波，該PWM波通過所述PWM輸出控制電路的PWM輸出端輸出到FET管的柵極。根據(jù)本實用新型的另一個方面，還提供了一種光模塊芯片，包括微控器、激光驅(qū)動電路、限幅放大電路；其中，所述微控器通過內(nèi)部總線與所述激光驅(qū)動電路、限幅放大電路通信，用以控制所述激光驅(qū)動電路和限幅放大電路；所述限幅放大電路的電信號輸入端通過所述光模塊芯片的外接引腳與TIA的電信號輸出端相連；其中，所述TIA與光電二極管相連，所述光電二極管用以探測激光并產(chǎn)生相應電流；所述限幅放大電路對其電信號輸入端輸入的電信號進行限幅放大，限幅放大后的電信號從所述限幅放大電路的電信號輸出端通過所述光模塊芯片的外接引腳輸出；所述激光驅(qū)動電路通過所述光模塊芯片的外接引腳與激光發(fā)射光源相連，所述激光驅(qū)動電路的電信號輸入端通過所述光模塊芯片的外接引腳接收到電信號，根據(jù)從其電信號輸入端輸入的電信號驅(qū)動激光發(fā)射光源發(fā)射激光。進一步，所述芯片還包括PWM輸出控制電路，所述微控器通過內(nèi)部總線與所述PWM輸出控制電路通信；以及，所述微控器中內(nèi)置了 ADC器件；所述微控器的一個電壓輸入端與光電二極管電壓控制電路相連；其中，所述光電二極管電壓控制電路包括FET管、電阻R1-R5、二極管Dl、電容Cl ；[0029]其中，Cl與連接于R3的一端與光電二極管的陽極之間，R3的另一端與所述光電二極管的陰極相連；Rl與R2串聯(lián)，R1、R2的串聯(lián)電路與Cl并聯(lián)；Dl的陰極與Cl和R3的連接點相連；R4跨接于FET管的柵極與漏極之間，F(xiàn)ET管的源極通過R5與電源相連，且FET管的源極與Dl的陽極相連；所述微控器的一個電壓輸入端具體連接到Rl與R2的連接點，通過其ADC器件檢測Rl或R2的分壓；所述微控器根據(jù)其檢測的電壓輸入端上的電壓，通過內(nèi)部總線控制所述PWM輸出 控制電路輸出相應占空比的PWM波，該PWM波通過所述PWM輸出控制電路的PWM輸出端輸出到FET管的柵極。本實用新型實施例提供的光模塊由于將光模塊中通常比不可少的電路，如激光驅(qū)動電路、限幅放大電路、PWM輸出控制電路和微控制器集成到該光模塊芯片中，從而減少光模塊中的芯片和元件的數(shù)量，大大降低了光模塊的成本；而且，由于集成度高，還可大大節(jié)約光模塊的電路空間，減少電路間的干擾。進一步，實施例提供的光模塊還對現(xiàn)有技術中控制光電二極管的升壓的電路進行了改進，一部分集成到光模塊芯片中，另一部分控制電路在光模塊芯片外，可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)阻值、電容值等。

圖la、lb為本實用新型實施例的光模塊內(nèi)部電路示意圖；圖2為本實用新型實施例的光電二極管電壓控制電路圖；圖3為本實用新型實施例的電流鏡像電路圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本實用新型進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本實用新型的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現(xiàn)本實用新型的這些方面。本申請使用的“模塊”、“系統(tǒng)”等術語旨在包括與計算機相關的實體，例如但不限于硬件、固件、軟硬件組合、軟件或者執(zhí)行中的軟件。例如，模塊可以是，但并不僅限于處理器上運行的進程、處理器、對象、可執(zhí)行程序、執(zhí)行的線程、程序和/或計算機。本實用新型的發(fā)明人考慮到設計一種光模塊芯片，將光模塊中通常比不可少的電路，如激光驅(qū)動電路、限幅放大電路、PWM (Pulse-ffidth Modulation，脈寬調(diào)制)輸出控制電路和微控制器集成到該光模塊芯片中，從而減少光模塊中的芯片和元件的數(shù)量，大大降低了光模塊的成本；而且，由于集成度高，還可大大節(jié)約光模塊的電路空間，減少電路間的干擾。
以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型實施例的技術方案。本實用新型實施例的光模塊，如圖1a所示，其中包括光模塊芯片101、B0SA102、光電二極管電壓控制電路103、存儲器件104?；蛘?，本實用新型實施例的光模塊，如圖1b所示，其中包括光模塊芯片101、R0SA121、T0SA122、光電二極管電壓控制電路103、存儲器件104。其中，B0SA102與現(xiàn)有技術光模塊的BOSA內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，此處不再贅述；R0SA121、T0SA122分別與現(xiàn)有技術光模塊中的ROSA、TOSA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，此處不再贅述。具體地，光模塊芯片101中集成了微控器131、激光驅(qū)動電路132、限幅放大電路133，以及PWM輸出控制電路134。光模塊芯片101中的微控器131通過內(nèi)部總線，比如IIC總 線與激光驅(qū)動電路132、限幅放大電路133，以及PWM輸出控制電路134進行通信；從而微控器131可以控制激光驅(qū)動電路132、限幅放大電路133，以及PWM輸出控制電路134。光模塊芯片101中的微控器131與存儲器件104相連，通過總線(比如IIC總線)讀寫存儲器件104，向存儲器件104中存入信息，或?qū)⒋鎯ζ骷?04中存儲的信息讀出。光模塊芯片101中的微控器131還可以通過通信總線與光模塊芯片101外的其它設備進行通信。例如，通過串行總線或并行總線與其它設備進行通信；從而，微控器131可以接收外部的其它設備發(fā)送的指令、數(shù)據(jù)，也可以向外部的其它設備返回數(shù)據(jù)。光模塊芯片101中集成的激光驅(qū)動電路132和限幅放大電路133分別與現(xiàn)有技術中的光模塊中的激光驅(qū)動電路和限幅放大電路相同，此處不再贅述。光模塊芯片101中的激光驅(qū)動電路132的電信號輸入端可以從光模塊芯片101之外的電路接收到電信號，即激光驅(qū)動電路132的電信號輸入端可以通過光模塊芯片101的外接引腳接收到電信號；激光驅(qū)動電路132通過光模塊芯片101的外接引腳還與BOSA或TOSA內(nèi)的激光發(fā)射光源相連,激光驅(qū)動電路132根據(jù)從其電信號輸入端輸入的電信號驅(qū)動激光發(fā)射光源發(fā)射激光。ROSA或TOSA內(nèi)的TIA電信號輸出端通過光模塊芯片101的外接引腳與限幅放大電路133的電信號輸入端相連,限幅放大電路133對其電信號輸入端輸入的電信號進行限幅放大輸出；限幅放大后的電信號從限幅放大電路133的電信號輸出端通過光模塊芯片101的外接引腳輸出到光模塊芯片101之外的電路。光電二極管電壓控制電路103的一種具體電路，如圖2所示，包括FET (FieldEffect Transistor，場效應晶體管)管、電阻R1-R5、二極管D1、電容Cl ；Cl與連接于R3的一端與光電二極管的陽極之間，R3的另一端與光電二極管的陰極相連；Rl與R2串聯(lián)，R1、R2的串聯(lián)電路與Cl并聯(lián)；Dl的陰極與Cl和R3的連接點相連；R4跨接于FET管的G極(柵極)與D極(漏極)之間，F(xiàn)ET管的S極(源極)通過R5與電源相連，且FET管的S極與Dl的陽極相連。光電二極管電壓控制電路103和光模塊芯片101中集成的微控器131、PWM輸出控制電路134，實現(xiàn)BOSA或ROSA內(nèi)的光電二極管的升壓控制的原理如下光模塊芯片101中集成的微控器131內(nèi)置有ADCXAnalog to Digital Converter,模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)器件，可以檢測模擬電壓值；微控器131的一個電壓輸入端連接到Rl與R2的連接點(圖2中的ADC點)，通過其ADC器件檢測Rl或R2的分壓。[0060]PWM輸出控制電路134的PWM輸出端與FET管的G極相連，用以控制FET管的通斷。微控器131根據(jù)其檢測的電壓輸入端上的電壓，通過內(nèi)部總線，控制PWM輸出控制電路134輸出相應占空比的PWM波，該PWM波通過PWM輸出控制電路134的PWM輸出端，輸出到FET管的G極；從而控制FET管的通斷時間為特定比值。從圖2可以看出，F(xiàn)ET管導通時間越長，則Cl積累的電荷越多，則光電二極管兩端的電壓則越高，從而達到為光電二極管升壓的作用。因此，微控器131可以通過控制PWM輸
出控制電路134輸出PWM波的占空比，來控制光電二極管兩端的電壓。而微控器131同時還監(jiān)測ADC點的電壓，通過ADC點的電壓反饋，來控制光電二極管兩端的電壓處于一個合適的電壓值范圍，從而達到光電二極管的升壓控制的目的。進一步，如果光模塊中還需要一些功能，比如，接收光的光功率檢測功能，或者，接收光的光指示功能，則在本實用新型實施例的光模塊中，還可以包括電流鏡像電路和采樣電阻，如圖3所示。電流鏡像電路的輸入電流通路跨接于光電二極管的陰極與R3之間，電流鏡像電路的鏡像電流通路與采樣電阻串聯(lián)，從而采樣電阻上的壓降可以反映鏡像電流的大?。欢R像電流的大小反映光電二極管輸出電流的大?。还怆姸O管輸出電流的大小反映光電二極管接收光的光功率大小。微控器131通過其另一個電壓輸入端檢測采樣電阻上的電壓，從而根據(jù)檢測的采樣電阻上的電壓可以計算出光電二極管接收光的光功率。進一步，本實用新型實施例的光模塊中的微控器131還可內(nèi)置DAC(Digital-to-Analog Converter,數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器)器件、溫度傳感器；光模塊芯片101中還可集成參考電壓輸出電路，可以為光模塊中的電路提供參考電壓。本實用新型實施例的光模塊可以是應用于PON網(wǎng)絡中的OLT (Optical LineTerminal,光線路終端)光模塊,或者ONU (Optical Network Unit,光網(wǎng)絡單元)光模塊。本實用新型實施例提供的光模塊由于將光模塊中通常比不可少的電路，如激光驅(qū)動電路、限幅放大電路、PWM輸出控制電路和微控制器集成到該光模塊芯片中，從而減少光模塊中的芯片和元件的數(shù)量，大大降低了光模塊的成本；而且，由于集成度高，還可大大節(jié)約光模塊的電路空間，減少電路間的干擾。進一步，實施例提供的光模塊還對現(xiàn)有技術中控制光電二極管的升壓的電路進行了改進，一部分集成到光模塊芯片中，另一部分控制電路在光模塊芯片外，可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)阻值、電容值等。本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，如R0M/RAM、磁碟、光盤等。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種光模塊，包括光模塊芯片、激光發(fā)射光源、光電二極管和跨阻放大器TIA ；其中，所述光模塊芯片中集成了微控器、激光驅(qū)動電路、限幅放大電路；所述微控器通過內(nèi)部總線與所述激光驅(qū)動電路、限幅放大電路通信，用以控制所述激光驅(qū)動電路和限幅放大電路；所述光電二極管和TIA相連，所述TIA的電信號輸出端通過所述光模塊芯片的外接引腳與所述限幅放大電路的電信號輸入端相連，所述限幅放大電路對其電信號輸入端輸入的電信號進行限幅放大，限幅放大后的電信號從所述限幅放大電路的電信號輸出端通過所述光模塊芯片的外接引腳輸出；所述激光驅(qū)動電路通過所述光模塊芯片的外接引腳與所述激光發(fā)射光源相連，所述激光驅(qū)動電路的電信號輸入端通過所述光模塊芯片的外接引腳接收到電信號，根據(jù)從其電信號輸入端輸入的電信號驅(qū)動激光發(fā)射光源發(fā)射激光。
2.如權(quán)利要求1所述的光模塊，其特征在于，還包括光電二極管電壓控制電路；以及， 所述光模塊芯片中還集成了 PWM輸出控制電路，所述微控器通過內(nèi)部總線與所述PWM輸出控制電路通信；以及，所述微控器中內(nèi)置了 ADC器件；所述光電二極管電壓控制電路中包括FET管、電阻R1-R5、二極管D1、電容Cl ；其中,Cl與連接于R3的一端與光電二極管的陽極之間,R3的另一端與所述光電二極管的陰極相連；Rl與R2串聯(lián)，R1、R2的串聯(lián)電路與Cl并聯(lián)；Dl的陰極與Cl和R3的連接點相連；R4跨接于FET管的柵極與漏極之間，F(xiàn)ET管的源極通過R5與電源相連，且FET管的源極與Dl的陽極相連；所述微控器的一個電壓輸入端連接到Rl與R2的連接點，通過其ADC器件檢測Rl或R2 的分壓；所述微控器根據(jù)其檢測的電壓輸入端上的電壓，通過內(nèi)部總線控制所述PWM輸出控制電路輸出相應占空比的PWM波，該PWM波通過所述PWM輸出控制電路的PWM輸出端輸出到 FET管的柵極。
3.如權(quán)利要求2所述的光模塊，其特征在于，還包括電流鏡像電路和采樣電阻；所述電流鏡像電路的輸入電流通路跨接于所述光電二極管的陰極與R3之間，所述電流鏡像電路的鏡像電流通路與采樣電阻串聯(lián)；所述微控器通過其另一個電壓輸入端檢測所述采樣電阻上的電壓，并根據(jù)檢測的采樣電阻上的電壓計算出光電二極管接收光的光功率。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的光模塊，其特征在于，還包括存儲器件；所述微控器與存儲器件相連，用以讀取所述存儲器件。
5.如權(quán)利要求4所述的光模塊，其特征在于，所述微控器通過通信總線與其它設備進行通信，用以接收外部的其它設備發(fā)送的指令、數(shù)據(jù)，或向外部的其它設備返回數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求4所述的光模塊,其特征在于，所述光模塊芯片中還集成有參考電壓輸出電路。
7.如權(quán)利要求4所述的光模塊，其特征在于，所述微控器中內(nèi)置有DAC器件、溫度傳感器。
8.如權(quán)利要求4所述的光模塊,其特征在于,所述激光發(fā)射光源封裝于TOSA中,所述光電二極管和TIA封裝于ROSA中；或者，所述激光發(fā)射光源、光電二極管和TIA封裝于BOSA中。
9.一種光模塊芯片，包括微控器、激光驅(qū)動電路、限幅放大電路；其中，所述微控器通過內(nèi)部總線與所述激光驅(qū)動電路、限幅放大電路通信，用以控制所述激光驅(qū)動電路和限幅放大電路；所述限幅放大電路的電信號輸入端通過所述光模塊芯片的外接引腳與TIA的電信號輸出端相連；其中，所述TIA與光電二極管相連，所述光電二極管用以探測激光并產(chǎn)生相應電流；所述限幅放大電路對其電信號輸入端輸入的電信號進行限幅放大，限幅放大后的電信號從所述限幅放大電路的電信號輸出端通過所述光模塊芯片的外接引腳輸出；所述激光驅(qū)動電路通過所述光模塊芯片的外接引腳與激光發(fā)射光源相連，所述激光驅(qū)動電路的電信號輸入端通過所述光模塊芯片的外接引腳接收到電信號，根據(jù)從其電信號輸入端輸入的電信號驅(qū)動激光發(fā)射光源發(fā)射激光。
10.如權(quán)利要求9所述的芯片，其特征在于，還包括PWM輸出控制電路，所述微控器通過內(nèi)部總線與所述PWM輸出控制電路通信；以及，所述微控器中內(nèi)置了 ADC器件；所述微控器的一個電壓輸入端與光電二極管電壓控制電路相連；其中，所述光電二極管電壓控制電路包括=FET管、電阻R1-R5、二極管Dl、電容Cl ;其中,Cl與連接于R3的一端與光電二極管的陽極之間,R3的另一端與所述光電二極管的陰極相連；Rl與R2串聯(lián)，R1、R2的串聯(lián)電路與Cl并聯(lián)；Dl的陰極與Cl和R3的連接點相連；R4跨接于FET管的柵極與漏極之間，F(xiàn)ET管的源極通過R5與電源相連，且FET管的源極與Dl的陽極相連；所述微控器的一個電壓輸入端具體連接到Rl與R2的連接點，通過其ADC器件檢測Rl 或R2的分壓；所述微控器根據(jù)其檢測的電壓輸入端上的電壓，通過內(nèi)部總線控制所述PWM輸出控制電路輸出相應占空比的PWM波，該PWM波通過所述PWM輸出控制電路的PWM輸出端輸出到 FET管的柵極。
11.如權(quán)利要求10所述的芯片，其特征在于，還包括參考電壓輸出電路。
12.如權(quán)利要求9-11任一所述的芯片，其特征在于，所述微控器中內(nèi)置有DAC器件、溫度傳感器；以及所述微控器通過通信總線與其它設備進行通信，用以接收外部的其它設備發(fā)送的指令、數(shù)據(jù)，或向外部的其它設備返回數(shù)據(jù)。
專利摘要本實用新型公開了一種光模塊及其光模塊芯片，所述光模塊包括光模塊芯片、激光發(fā)射光源、光電二極管和跨阻放大器TIA；其中，所述光模塊芯片中集成了微控器、激光驅(qū)動電路、限幅放大電路；所述微控器通過內(nèi)部總線與所述激光驅(qū)動電路、限幅放大電路通信，用以控制所述激光驅(qū)動電路和限幅放大電路。由于將光模塊中通常比不可少的電路，集成到該光模塊芯片中，從而減少光模塊中的芯片和元件的數(shù)量，大大降低了光模塊的成本；而且，由于集成度高，還可大大節(jié)約光模塊的電路空間，減少電路間的干擾。
文檔編號G02B6/42GK202841138SQ20122039700
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月6日
發(fā)明者鄭龍, 張華 申請人:青島海信寬帶多媒體技術有限公司