光模塊介紹 簡介

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1、光 模 塊 基 本 原 理 主 要 內 容光 模 塊 簡 介光 模 塊 內 部 主 要 元 器 件光 模 塊 調 制 方 式光 模 塊 的 特 點 及 應 用光 模 塊 原 理 框 圖光 模 塊 主 要 性 能 指 標光 模 塊 接 口 電 平 光 模 塊 定 義以 光 器 件 為 核 心 增 加 一 些 電 路 部 分 和 結 構 件 等 完 成 相 應 功 能 的 單 元 光 模 塊 分 類按 速 率 劃 分 ： 155Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 10Gb/s 等按 功 能 劃 分 ： 發(fā) 射 模 塊 ， 接 收 模 塊 ， 收 發(fā) 合 一 模 塊 (tra

2、nsceiver,)按 封 裝 劃 分 ： 1 9/ 2 9/SFF/GBIC/SFP/XFP/300pin等按 使 用 條 件 劃 分 ： 熱 插 拔 (GBIC/SFP/XFP) 帶 插 針 (1 9/2 9/SFF)按 應 用 劃 分 ： SDH/SONET, Ethernet, Fiber Channel, CWDM, DWDM等按 工 作 模 式 劃 分 ： 連 續(xù) 和 突 發(fā) （ OLT： Optic Line Terminal， 光 線路 終 端 ； ONU ： Optic Network Unit,光 網 絡 單 元 ） 光 模 塊 發(fā) 展 歷 史封 裝 形 式 ： 1X9 S

3、FF GBIC SFP, XFP, SFP+傳 輸 速 率 ： 155M,622M 1.25G,2.5G 4.25G, 8.5G, 10G, 40G功 能 ： 不 帶 監(jiān) 控 功 能 （ None DDM） 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能 （ DDM）接 入 應 用 ： P to P P to MP: PON (GE-PON, GPON, WDM-PON)光 接 口 形 式 ： 尾 纖 型 （ Pigtail） ； 插 拔 型 （ Receptacle）光 傳 輸 形 式 ： 雙 纖 雙 向 （ MSA） ； 單 纖 雙 向 （ BiDi） 光 模 塊 發(fā) 展 趨 勢小 型 化智 能 化 熱 插

4、拔低 功 耗 高 速 率遠 距 離 主 要 內 容光 模 塊 簡 介光 模 塊 內 部 主 要 元 器 件光 模 塊 調 制 方 式光 模 塊 的 特 點 及 應 用光 模 塊 原 理 框 圖光 模 塊 主 要 性 能 指 標光 模 塊 接 口 電 平 光 模 塊 內 部 主 要 元 器 件探 測 器激 光 器放 大 器時 鐘 數(shù) 據 恢 復驅 動 芯 片MUX&DeMUX 光 器 件光 器 件 是 由 少 數(shù) 幾 個 光 電子 元 件 和 IC 、 無 源 元 件 （如 電 阻 、 電 容 、 電 感 、 互感 、 微 透 鏡 、 隔 離 器 ） 、光 纖 及 金 屬 連 線 組 合 、 封

5、裝 在 一 起 ， 完 成 單 項 或 少數(shù) 幾 項 功 能 的 混 合 集 成 件。 光 器 件 結 構 圖 光 器 件 分 類 如 按 功 能 ， 可 分 為 ： 光 發(fā) 射 器 件 光 接 收 器 件 按 結 構 ， 可 分 為 ： TO器 件 (TOSA， ROSA， BOSA)； DIP（ 或 Butterfly） 器 件 ； 表 面 貼 裝 （ surface mount) 器 件 等 ； 按 傳 輸 速 率 ， 可 分 為 155M、 622M、 1.25G、 2.5G、 10G等 ； 傳 輸 距 離 ， 工 作 波 長 ， 工 作 方 式 等 探 測 器光 探 測 器 作 用

6、把 光 信 號 轉 變 為 電 信 號 的 器 件 . PIN探 測 器 P型 摻 雜 、 本 征 （ I） 和 N型 摻 雜 。 APD探 測 器 內 部 具 有 光 電 倍 增 (或 稱 雪 崩 )光 電 二 極 管 .（ Avalanche Photodetector) PIN探 測 器響 應 度 ： PRI PIN PIN探 測 器 即 P-I-N 探 測 器 ： P型 摻 雜 Intrinsic N型 摻 雜 需 加 5 10V反 偏 電 壓 APD探 測 器 響 應 度 ：APD探 測 器 ： 雪 崩 光 電 探 測 器 （ Avalanche photodetector） RPM

7、I APD 需 加 30 60V反 偏 電 壓M與 溫 度 和 反 偏 電 壓 有 關 激 光 器 FP LD (Fabry-Perot Laser) DFB LD (Distributed-Feedback Laser) VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) LED (Light-Emitting Diode) EAM LD (Electro-absorption modulated lasers) FP LD 和 DFB LD都 是 邊 緣 發(fā) 光諧 振 腔 結 構 不 同 FP LDDFB LD LED 和 VCSEL都 是 面 發(fā)

8、 光諧 振 腔 結 構 不 同 LEDVCSEL EAM LD 構 成 ： TEC致 冷 器 ， 激 光 二極 管 ， EA調 制 器 ， 背 光 檢測 二 極 管 和 ， 熱 敏 電 阻 等 放 大 器 分 類 跨 阻 放 大 器 ： Transimpedance Amplifier（ TIA ） 主 放 Main Amplifiers (MA) 或 后 放 Post Amplifiers 限 幅 放 大 器 ： Limiting Amplifier (LA) 自 動 增 益 控 制 放 大 器 ： Automatic Gain Control Amplifier (AGC). 跨 阻 放

9、大 器 （ TIA）這 種 I-V變 換 電 路 中 有 一 個 負 反 饋 電 阻 Rf， 所 以 又 被 稱 做 跨 阻 放 大 器 （ TIA） 低 的 等 效 輸 入 噪 聲 電 流高 輸 入 阻 抗 ， 低 輸 入 電 容足 夠 寬 的 通 頻 帶 fH0.75 工 作 速 率寬 動 態(tài) 范 圍Rf 要 足 夠 大 ， 以 保 證 有 足 夠 大 的 輸出 電 壓 主 放LA： 轉 換 速 度 快 ， 功 耗 低 ， 但 是 非 線 性 限 制 了 其 應 用AGC： 在 很 大 的 動 態(tài) 范 圍 都 是 線 性 的 ， 應 用 范 圍 廣 。 例 如 ： 帶 均 衡器 的 接 收

10、 機 。 限 幅 放 大 器 自 動 增 益 控 制 放 大 器 時 鐘 和 數(shù) 據 恢 復 （ CDR） 電 路在 數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 中 ， 碼 元 同 步 是 系 統(tǒng) 正 常 工 作 的 必 要 條 件 。時 鐘 和 數(shù) 據 恢 復 電 路 （ Clock and Data Recovery CDR） 的 作 用 就 是 在 輸 入 數(shù)據 信 號 中 提 取 時 鐘 信 號 并 找 出 數(shù) 據 和 時 鐘 正 確 的 相 位 關 系 驅 動 芯 片 激 光 器 驅 動 （ 電 流 ） 調 制 器 驅 動 （ 電 壓 ） MUX &DeMUX MUX： 16路 并 行 數(shù) 據 輸 入

11、， 經 過 并 串 轉 換 ， 輸 出 數(shù) 據。 （ 如 并 行 數(shù) 據 輸 入 為 622Mb/s ， 那 么 輸 出 數(shù) 據 為9.95Gb/s） DeMUX： 則 反 過 來 ， 輸 入 數(shù) 據 經 過 串 并 轉 換 ， 輸 出 16路 并 行 數(shù) 據 主 要 內 容光 模 塊 簡 介光 模 塊 內 部 主 要 元 器 件光 模 塊 調 制 方 式光 模 塊 的 特 點 及 應 用光 模 塊 原 理 框 圖光 模 塊 主 要 性 能 指 標光 模 塊 接 口 電 平 調 制 方 式 直 接 調 制 外 調 制 EA調 制 （ Electroabsorption Modulator） M

12、Z調 制 （ Mach-Zehnder Modulator） 直 接 調 制P1P0 利 用 電 信 號 的 1和 0控 制 激 光器 的 電 流 大 小 。 EA調 制激 光 器 一 直 處 于 發(fā) 光 狀 態(tài) ， 電 信 號 1、 0 作 用 于 電 吸 收 調 制 器 。 來 控 制激 光 器 出 光 大 小 。 MZ調 制激 光 器 一 直 處 于 發(fā) 光 狀 態(tài) ， 發(fā) 出 的 光 經 過 一 個 Y型 波 導 分 束 器 分 出 兩束 相 位 等 一 樣 的 光 信 號 ， 電 信 號 控 制 兩 個 干 涉 臂 電 級 ， 使 兩 束 光 信號 產 生 不 同 的 相 位 ， 再

13、 經 過 Y型 合 束 器 ， 1信 號 時 ， 相 位 相 同 ， 進行 疊 加 ， 0信 號 時 ， 相 位 相 差 180度 ， 光 信 號 抵 消 。 主 要 內 容光 模 塊 簡 介光 模 塊 內 部 主 要 元 器 件光 模 塊 調 制 方 式光 模 塊 的 特 點 及 應 用光 模 塊 原 理 框 圖光 模 塊 主 要 性 能 指 標光 模 塊 接 口 電 平 1X9光 模 塊特 點 ： 工 作 速 率 : 155Mb/s1Gb/s 工 作 電 壓 ： 3.3 V或 5V 波 長 ： 1310nm， 1550nm 寬 溫 工 作 范 圍 傳 輸 距 離 可 達 80km應 用 數(shù)

14、 據 通 信 ： 快 速 以 太 網 ， 千 兆 以 太 網 電 信 ： OC -3/STM -1, OC -12/STM -4 GBIC模 塊特 點 ： 工 作 速 率 :155Mb/s 2.5Gb/s 工 作 電 壓 ： 3.3 V或 5V 波 長 ： 850nm， 1310nm， 1550nm 傳 輸 距 離 可 達 160km 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能 （ 部 分 ）應 用 ： 數(shù) 據 通 信 ： 千 兆 以 太 網 ， 1x/2x光 纖 通 道 電 信 ： OC-3/STM-1、 OC-12/STM-4、 OC-48/STM-16 SFF模 塊特 點 ： 工 作 速 率 :155M

15、b/s 2.5Gb/s 工 作 電 壓 ： 3.3 V 波 長 ： 850nm， 1310nm， 1550nm 寬 溫 工 作 范 圍 傳 輸 距 離 可 達 80km 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能 （ 部 分 ）應 用 ： 數(shù) 據 通 信 ： 快 速 以 太 網 ， 千 兆 以 太 網 ， 1x/2x/4x 光 纖 通道 電 信 ： OC -3/STM-1、 OC -12/STM-4、 OC-48/STM-16 SFP模 塊特 點 ： 工 作 速 率 :155Mb/s 2.5Gb/s 工 作 電 壓 ： 3.3 V 波 長 ： 850nm， 1310nm， 1550nm， WDM 寬 溫 工

16、作 范 圍 傳 輸 距 離 可 達 100km+ 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能應 用 ： 數(shù) 據 通 信 ： 快 速 以 太 網 ， 千 兆 以 太 網 ， 1x/2x/4x 光纖 通 道 電 信 ： OC-3/STM-1、 OC-12/STM-4、 OC-48/STM-16 PON模 塊特 點 ： 工 作 速 率 :155Mb/s 2.5Gb/s 工 作 電 壓 ： 3.3 V 傳 輸 距 離 可 達 20km 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能應 用 ： PON接 入 網 XFP模 塊特 點 ： 工 作 速 率 :10Gb/s 波 長 ： 1310nm， 1550nm， DWDM 傳 輸 距 離 可

17、 達 80km 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能應 用 ： 數(shù) 據 通 信 ： 10G以 太 網 ， 10G光 纖 通 道 電 信 ： OC -192/STM -64 300-pin Transponder模 塊特 點 ： 速 率 可 達 10Gb/s 波 長 ： 1550nm， DWDM 傳 輸 距 離 可 達 80km 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能應 用 ： 電 信 ： OC -192/STM -64 主 要 內 容光 模 塊 簡 介光 模 塊 內 部 主 要 元 器 件光 模 塊 調 制 方 式光 模 塊 的 特 點 及 應 用光 模 塊 原 理 框 圖光 模 塊 主 要 性 能 指 標光 模

18、塊 接 口 電 平 典 型 光 發(fā) 射 模 塊 功 能 框 圖 （ 直 接 調 制 ）LaserDriver APC Temp SensorAEC 自 動 光 功 率 控 制自 動 消 光 比控 制 XC占 空 比 控 制 匹 配 電 路 典 型 光 發(fā) 射 模 塊 功 能 框 圖 （ 外 調 制 ） EAM LaserDriver APCATC 自 動 光 功 率 控 制自 動 溫 度 控制XC占 空 比 控 制 匹 配 電 路MCBC 偏 置 電 壓 控制 調 制 電 壓 控制 PIN型 光 接 收 模 塊 功 能 框 圖PIN/TIA MAPIN/TIA MA CDR3R 功 能 (Re

19、shape, Reamplify, Retime)2R 功 能 (Reshape, Reamplify) APD型 光 接 收 模 塊 功 能 框 圖APD/TIA MAAPD/TIA MA CDR3R 功 能 (Reshape, Reamplify, Retime)2R 功 能 (Reshape, Reamplify)High Voltage GenerationHigh Voltage Generation 光 收 發(fā) 合 一 模 塊 (Transceiver)功 能 框 圖TOSADriver ROSAMAAPC/AECLOS RxPowerTxPowerTxDisableData In

20、Data Out Optical InOptical Out 帶 數(shù) 字 診 斷 功 能 (DDM)光 收 發(fā) 合 一 模 塊 功 能 框 圖TOSADriver ROSAMAAPC/AECLOSTxDisableData InData Out Optical InOptical OutMCU EEPROMI2C 數(shù) 字 診 斷 (DDM)模 塊 特 點 光 收 發(fā) 合 一 模 塊 (XFP)功 能 框 圖TOSADriver ROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisableData InData Out Optical InOptical OutMCU EEPROMI2C CDRC

21、DR Transponder模 塊 功 能 框 圖TOSADriver ROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisable16路 并 行Data In16路 并 行Data Out Optical InOptical OutMCU EEPROMI2C MUXDeMUX TDM: Time Division Multiplex 時 分 多 路 復 用 TDMA: Time Division Multiple Address 時 分 多 路 訪 問PON模 塊 ONU光 收 發(fā) 合 一 模 塊 功 能 框 圖 OLT光 收 發(fā) 合 一 模 塊 功 能 框 圖 BOSA 單 纖 雙 向 光

22、組 件 (Bi-Dirctional Optical Subassembly) 主 要 內 容光 模 塊 簡 介光 模 塊 內 部 主 要 元 器 件光 模 塊 調 制 方 式光 模 塊 的 特 點 及 應 用光 模 塊 原 理 框 圖光 模 塊 主 要 性 能 指 標光 模 塊 接 口 電 平 光 模 塊 主 要 性 能 指 標 傳 輸 速 率 傳 輸 距 離 平 均 發(fā) 射 光 功 率 消 光 比 光 眼 圖 譜 寬 最 小 邊 模 抑 制 比 接 收 靈 敏 度 接 受 器 過 載 光 通 道 代 價 抖 動 傳 輸 速 率傳 輸 速 率 指 在 單 位 時 間 內 通 過 信 道 的

23、平 均 信 息 量 ， 一 般 有 比 特 速 率 和 碼 元 速率 兩 種 表 示 方 法 由 于 對 于 二 進 制 碼 元 ， 比 特 速 率 和 碼 元 速 率 相 等 比 特 速率 指 系 統(tǒng) 每 秒 鐘 傳 送 的 比 特 數(shù) ， 單 位 為 bit/s SDH等 級 系 列 比 特 率 STM-1 155.52Mb/s STM-4 622.08Mb/s STM-16 2.48832Gb/s STM-64 9.95328Gb/s 傳 輸 距 離 指 模 塊 在 特 定 光 纖 傳 輸 系 統(tǒng) 中 能 夠 無 差 錯 傳 輸 的 最 大 距 離影 響 傳 輸 距 離 的 因 素 ：

24、光 纖 （ 損 耗 、 色 散 等 ） ， 激 光 器 （ 功 率 ， 波 長 ，工 作 方 式 ） ， 探 測 器 靈 敏 度 ， 傳 輸 速 率 等 功 率 受 限 系 統(tǒng) 傳 輸 距 離 的 計 算 :（ 光 功 率 ， 靈 敏 度 ， 光 纖 損 耗 等 ） 目 標 傳 輸 距 離 L(km) L=2.4V； VOL=2V； VIL=2.4V； VOL=2V； VIL=0.8V。 TTL使 用 注 意 ： TTL電 平 一 般 過 沖 都 會 比 較 嚴 重 ， 可 能 在 始 端 串22歐 或 33歐 電 阻 ； TTL電 平 輸 入 腳 懸 空 時 是 內 部 認 為 是 高 電

25、平 。要 下 拉 的 話 應 用 1k以 下 電 阻 下 拉 。 ECL， PECL和 LVPECL電 平ECL： Emitter Coupled Logic 發(fā) 射 極 耦 合 邏 輯 電 路 (差 分 結 構 ) Vcc=-5.2V； VOH=-0.88V； VOL=-1.72V； VIH=-1.24V； VIL=-1.36V。 速 度 快 ， 驅 動 能 力 強 ， 噪 聲 小 ， 很 容 易 達 到 幾 百 M的 應 用 。 但 是 功 耗 大 ，需 要 負 電 源 。 為 簡 化 電 源 ， 出 現(xiàn) 了 PECL(ECL結 構 ， 改 用 正 電 壓 供 電 )和LVPECL。 PE

26、CL： Pseudo/Positive ECL Vcc=5V； VOH=4.12V； VOL=3.28V； VIH=3.78V； VIL=3.64V LVPELC： Low Voltage PECL Vcc=3.3V； VOH=2.42V； VOL=1.58V； VIH=2.06V； VIL=1.94V ECL、 PECL、 LVPECL使 用 注 意 ： 不 同 電 平 不 能 直 接 驅 動 。 中 間 可 用 交流 耦 合 、 電 阻 網 絡 或 專 用 芯 片 進 行 轉 換 。 以 上 三 種 均 為 射 隨 輸 出 結 構 ， 必須 有 電 阻 拉 到 一 個 直 流 偏 置 電

27、壓 。 (如 多 用 于 時 鐘 的 LVPECL： 直 流 匹 配 時 用 130歐 上 拉 ， 同 時 用 82歐 下 拉 ； 交 流 匹 配 時 用 82歐 上 拉 ， 同 時 用 130歐 下 拉 。 但 兩 種 方 式 工 作 后 直 流 電 平 都 在 1.95V左 右 。 ) LVDS電 平LVDS： Low Voltage Differential Signaling 差 分 對 輸 入 輸 出 ， 內 部 有 一 個 恒 流 源 3.5-4mA， 在 差 分 線上 改 變 方 向 來 表 示 0和 1。 通 過 外 部 的 100歐 匹 配 電 阻 (并 在差 分 線 上 靠

28、 近 接 收 端 )轉 換 為 350mV的 差 分 電 平 。 LVDS使 用 注 意 ： 可 以 達 到 600M以 上 ， PCB要 求 較 高 ， 差分 線 要 求 嚴 格 等 長 ， 差 最 好 不 超 過 10mil(0.25mm)。 100歐電 阻 離 接 收 端 距 離 不 能 超 過 500mil， 最 好 控 制 在 300mil以內 。 CML電 平CML電 平 是 所 有 高 速 數(shù) 據 接 口 中 最 簡 單 的 一 種 。 其 輸 入和 輸 出 是 匹 配 好 的 ， 減 少 了 外 圍 器 件 ， 適 合 于 更 高 頻 段 工作 。CML 接 口 典 型 的 輸 出 電 路 是 一 個 差 分 對 形 式 。 該 差 分 對的 集 電 極 電 阻 為 50 ， 輸 出 信 號 的 高 低 電 平 切 換 是 靠 共 發(fā)射 極 差 分 對 的 開 關 控 制 的 。 差 分 對 的 發(fā) 射 極 到 地 的 恒 流 源典 型 值 為 16 mA。 謝 謝 ！