專利名稱：單纖雙向光收發(fā)模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型與光纖到戶接入網(wǎng)中的物理接口有關。
技術背景為了充分利用光纖載體的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，使用密集波分復用技術的光通信系統(tǒng)正在高速增加。在這些系統(tǒng)中，雙向傳輸系統(tǒng)作為一種必然的趨勢正不斷地應用于寬帶接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)光纖入戶(FTTH)。在這種傳輸系統(tǒng)中，λ1波長的光信號在光纖里沿著一個方向傳輸，而λ2波長的光信號在光纖里沿著另一個方向傳輸。這兩種波長可以是相同的，也可以是不同的。另外為了方便用戶的使用，增加系統(tǒng)維護的靈活性，光收發(fā)模塊從SFF標準向SFP標準發(fā)展將是必然的趨勢。100Mbps～156Mbps單纖雙向SFP光收發(fā)模塊的開發(fā)正是基于這兩點必然的趨勢，為寬帶接入系統(tǒng)提供性能可靠，使用靈活的物理層接口。
實用新型的內容本實用新型的目的是提供一對支持100Mbps～156Mbps數(shù)據(jù)速率，滿足SFP多源協(xié)議，集成度高，體積小，光學性能指標好的單纖雙向光發(fā)模塊。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的本實用新型單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于模塊內的平面波導電路(PLC)包括激光器(6)、背光探測器(7)、光電探測器(2)、跨阻放大器(3)和波分復用濾波器(1)，尾纖耦合入平面波導電路中與濾波器連接，濾波器(1)對接收波長的光信號具有高反射性，反射回來的光通過平面波導到過光電探測器(2)，轉換成小電流信號經(jīng)過跨阻放大器(3)形成放大的電壓信號，輸出到后端的限幅放大器(4)，限幅放大器(4)對該信號放大成差分信號通過交流耦合的方式輸出到模塊外面后端的處理單元，實現(xiàn)光信號的光電變換，激光驅動器(5)通過交流耦合的方式從模塊外接收一定幅度的電信號，形成驅動電流通過平面波導電路(A)的激光器(6)的引腳，使用直流耦合的方式使激光器(6)發(fā)出一定功率和波長為發(fā)送波長的光信號，該波長的光信號通過平面波導到達波分復用濾波器(1)，而濾波器(1)對該波長的光信號具有高透射率的特性，透射出的光通過波導電路最終耦合進單模尾纖，發(fā)送出模塊，實現(xiàn)電光變換。
波導電路(A)中有背光探測器(7)與自動功率控制電路(8)形成閉環(huán)電路，使激光器(6)輸出功率穩(wěn)定，當閉環(huán)電路發(fā)生失鎖，其發(fā)送端發(fā)送告警信號。
有支持自動溫度補償電路(9)的激光驅動器(5)。
激光驅動器(5)與模塊外部電路連接，接受激光器輸出關斷控制信號。
限幅度大器(4)與電平比較器(10)連接。
符合SFP多源協(xié)議的外部接口(D4)的TD+和TD-從外部接收一定幅度的差分電信號，通過R4，C5和C7交流耦合到驅動器(5)的DIN和/DIN腳，接口(D4)的TXDisoble腳接驅動器(5)的DIS腳。
平面波導電路為集成塊OL3902LN或OL5902N，激光驅動器(5)為CX020681324，限幅放大器(3)為MC2045-2Q16，電平比較器(D6)為MAX9030。
自動功率控制電路(8)有串聯(lián)電阻(R6，R7)，將背光探測器(7)發(fā)送光信號的平均功率，轉換成電流信號通過PD腳送入激光驅動器(5)，自動溫度補償電路(9)有并聯(lián)電阻(R10，R14)，電阻(R10)用來設置溫度補償?shù)钠睿娮?R14)用來設置溫度補償?shù)拈_啟溫度。
驅動器(5)的腳(OCA)通過電阻(R11)接電源，腳(FAALL)通過電阻(R19)接場效應管(Q1)，腳(D15)通過電阻(R13)接電源，腳(BIASmon，MoDmon)通過電阻(R17，R18)接電源，腳(Cmpc)通過電容(C6)接電源。
模塊有串行可讀寫存儲器(D3)與外部接口(D4)的腳(MOD-DEF(0)，MOD-DEF(1))連接。
本實用新型有如下特點和優(yōu)點本實用新型使用平面波導電路(PLC)集成技術開發(fā)的單纖雙向光收發(fā)模塊集成度很高，降低了模塊的生產(chǎn)工藝難度，便于模塊的量產(chǎn)，模塊體積小，光學性能指標好，可支持熱插撥，方便用戶使用，增加了系統(tǒng)維護的靈活性。本實用新型支持100Mbps～156Mbps數(shù)據(jù)速度，滿足SFP多源協(xié)議，使用1310nm和1550nm作為工作波長，可以支持最大15km的傳輸距離。


圖1為本實用新型的框圖。
圖2為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
光收發(fā)模塊內部帶有一個光發(fā)送單元和一個光接收單元，一根直徑為900um的單模尾纖模塊的前端伸出，雙向模塊可以發(fā)送還1310nm或1550nm波長的光信號和接收1550nm或1310nm波長的光信號，每個波長可以支持100Mbps～156Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率，通過模塊尾纖提供不同波長的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
在模塊內部，采用平面波導電路(PLC)技術高密度地把激光器、背光探測器、光電探測器、跨阻放大器和波分復作(WDM)光濾波器集成在體積為17.5mm(長)×12.16mm(寬)×3.2mm(高)的器件中，光收發(fā)模塊的尾纖可以采用V形槽微定位技術平滑耦合入該PLC集成器件，使得該光收發(fā)模塊能完全滿足SFP多源協(xié)議。為了抑制串話，在光電探測器地前端使用一個具有波長相關特性的波分復用光濾波器，該濾波器針對波長具有邊緣形狀的傳輸特性，對于在邊緣上面的波長，該濾波器具有高反射率特性，而對于在邊緣下面的波長，該濾波器具有高透射率，或者相反。處用這種濾波器，就可以把不同波長的雙向信號分離出來，分別交由不同的處理單元進行處理。在本實用新型中，這種集成光器件使用日本OKI公司的OL3902X和OL5902N。
在光發(fā)送單元部分，使用MINDSPEED公司的CX2068作為激光器驅動器，考慮到環(huán)境溫度和老化對激光器特性的影響，采用了自動功率控制(APC)單元和自動溫度補償(ATC)單元。APC單元利用激光器背光檢測電流來調整激光器的偏置電流來實現(xiàn)穩(wěn)定的平均光輸出功率，而ATC單元利用驅動器內部的熱敏電阻感知環(huán)境溫度從而控制激光器的調制電流來實現(xiàn)穩(wěn)定的消光比。另外光發(fā)送單元還支持激光器關斷功能和故障狀態(tài)輸出功能。
在光接收單元，使用MINDSPEED公司的MC2045-2作為限幅放大器。利用跨阻放大器和限幅放大器實現(xiàn)光電變換，輸出恒定幅度的電信號。另外光接收單元還支持光信號丟失(LOS)告警輸出，當輸入光信號功率低于一定的值時，接收單元將會關斷電信號的輸出，避免噪聲可能對后端電路的影響，同時輸出一個LOS指示信號。具體的系統(tǒng)框圖和電原理圖參見附圖1和2。
以下結合附圖1來說明本實用新型的結構框圖模塊光口部分采用帶有尾纖的支持雙向傳輸?shù)钠矫娌▽щ娐芳善骷?圖1中平面波導電路部分)，其中集成有激光器(LD)，背光探測器(Monitor PD)、光電探測器(PD)、跨阻放大器(Pre-Amp)和波分復用光濾波器(WDM Filter)。
在該集成器件里，外部的900um單模尾纖固定在“V”形槽中，與內部的波導電路耦合。接收的1550nm光信號通過平面波導電路到達波分復用濾波器，該濾波器對1550nm波長的光信號具有高反射特性，反射回來的光通過平面波導到達光電探測器，轉換成小電流信號，然后經(jīng)過跨阻放大器形成放大的電壓信號。通過該器件的引腳與后端的限幅放大器相連。當輸入到限幅放大器的信號幅度超過事先設定的門限值時，限幅放大器會對該信號放大成標準的LVPECL差分信號，通過交流耦合的方式輸出SFP模塊，輸入模塊外面后端的處理單元，實現(xiàn)接收的1550nm光信號的光電變換；而當輸入到限幅放大器的信號幅放大器的信號幅度超過事先設定的門限值時，限幅放大器會對該信號放大成標準的LVPECL差分信號，通過交流耦合的方式輸出SFP模塊，輸入模塊外面后端的處理單元，實現(xiàn)接收的1550nm光信號的光電變換；而當輸入到限幅放大器的信號幅度低于事先設定的門限值時，限幅放大器會輸出光信號丟失告警信號，同時鉗制輸出信號為固定電平的邏輯信號，這樣做會避免無光接收時，噪聲對系統(tǒng)的干擾。
在光發(fā)送部分，激光驅動器通過交流耦合的方式從SFP模塊外部接收一定幅度的電信號，該信號電平邏輯控制驅動器調制電流的輸出，再加上輸出的偏置電流，形成驅動電流通過平面波導器件的激光器外部引腳，使用直流耦合的方式使激光器發(fā)出一定功率的1310nm波長的光信號。該波長的光信號通過平面波導到達波分復用濾波器，而濾波器對1310nm波長的光信號具有高透射率的特性，透射出的光通過波導電路最終耦合進單模尾纖，發(fā)送出SFP模塊，實現(xiàn)電光變換。背光探測器與自動功率控制(APC)部分形成APC閉環(huán)電路，使激光器在一定的溫度范圍和激光器老化情況下輸出功率穩(wěn)定，當APC閉環(huán)電路發(fā)生失鎖，輸出平均光功率無法達到穩(wěn)定時，發(fā)送端告警指示信號就會有效，輸出給SFP模塊外部電路；自動溫度補償(ATC)部分隨著環(huán)境溫度的變化按照預先的設置來調節(jié)驅動器的調制電流，使激光器輸出光的消光比不受環(huán)境溫度的影響；另外激光驅動器從SFP模塊外部電路接收激光器輸出關斷控制信號。當該控制信號有效時，會自動關斷偏置電流和調制電流，是激光器無光輸出。上述說明以發(fā)送1310nm光信號接收1550nm光信號的模塊為例，發(fā)送1550nm光信號接收1310nm光信號的模塊同樣適用。
串行可讀寫存儲器事先存儲與該模塊有關的信息，包括生產(chǎn)廠家信息，工作模式，性能參數(shù)等等，其存儲格式必須滿足SFP多源協(xié)議。在實際工作時，該存儲器的內容可以通過兩線串行接口讀取，但不能更新寫入。
圖2為本實用新型的詳細電原理圖。
以下結合附圖2來說明本實用新型的電原理圖圖2中器件D1為支持單纖雙向傳輸?shù)钠矫娌▽щ娐芳善骷吞柺荗L3902N(發(fā)1310nm收1550nm)或OL5902N(發(fā)1550nm收1310nm)，生產(chǎn)廠商是日本OKI公司。D2為激光驅動器，型號是CX02068B24，生產(chǎn)廠商是Mindspeed公司。D3為串行可讀寫存儲器，型號是M34C02，生產(chǎn)廠商是ST公司。D4為符合SFP多源協(xié)議的2X10外部接口。D5為限幅放大器，型號是MC2045-2Q16，生產(chǎn)廠商是Mindspeed公司。D6為電平比較器，型號是MAX9030，生產(chǎn)廠商是Maxim公司。
集成光器件D1的引腳Vout是跨阻放大器3的輸出端，該輸出信號與接收光信號相位相反，所以該引腳通過C13和R22耦合到限幅放大器4的負輸入端Dinb，正輸入端Din不使用，通過C12和R3耦合到地。C7用來設置放大器內部低通濾波器的時間常數(shù)，C9用來設置放大內部直流偏置自動回零電路的時間常數(shù)。限幅放大器4輸入信號判決門限可以通過改變R9來設置，ST和STb以LVECT電平的方式輸出信號丟失告警，當輸入信號電平超過門限時，ST為LVPECL高邏輯，STb為LVPECL高邏輯。ST和STb通過R23，R24、R25和R26構成的電阻網(wǎng)絡輸入到比較器D6，D6的輸出為光信號丟失(LOS)告警信號，直接與D4的LOS腳相連，為漏極開路輸出方式，通過D6就實現(xiàn)了LVPECL形式的LOS告警信號到TTL形式的轉換，以滿足SFP多源協(xié)議。其中STb腳直接與Jam腳相連，用于當無光信號時同時鉗制放大器的輸出為固定電平。Dout和Doutb是放大輸出的LVPECL差分信號，通過R20，R21，C16和C17交流耦合到D4的RD+和RD-引腳。這部分電路實現(xiàn)了把接收到的光信號轉換到電信號的功能。
下面介紹光發(fā)送單元部分的電原理圖。
SFP模塊通過D4的TD+和TD-從外部接收一定幅度的差分電信號，通過R4，C5和C7交流耦合到驅動器D2的DIN和/DIN腳，D2通過接收到的電信號邏輯來打開或關斷調制電流的輸出。當DIN腳的信號為“1”電平，/DIN腳的信號為“0”電平時，驅動器通過OUT+腳吸收電流；相反則從OUT—腳吸收電流。而驅動器內部產(chǎn)生的偏置電流通過BIAS腳輸出，OUT+和BIAS通過R5和L2與激光器的陰極LD—直流耦合，而OUT—通過R2與激光器的陽極LD+相連。R1和C1構成的RC網(wǎng)絡用于補償激光器引腳的寄生電感，優(yōu)化輸出的光信號。激光器陽極LD+和背光探測器陰極MPD—直接與VCCT相連，而背光探測器陽極MPD+直接與驅動器背光電流輸入腳PD相連，與驅動器內部電路構成自動功率控制(APC)閉環(huán)電路。
下面詳細介紹自動功率控制(APC)閉環(huán)電路是如何工作的。背光探測器檢測發(fā)送光信號的平均功率，轉換成電流信號通過R6和R7產(chǎn)生—電壓信號通過PD腳送入驅動器，在驅動器內部該電壓信號與—參考電壓比較，用來控制產(chǎn)生的偏置電流的增大或減少。當激光器老化或者環(huán)境溫度變高時會使輸出光信號的平均功率變小，這使得R6和R7產(chǎn)生的電壓低于參考電壓，驅動器會增加偏置電流，使激光器輸出的平均光功率變大，當輸出光信號的平均功率變大時，使得R6和R7產(chǎn)生的電壓高于參考電壓，驅動器會減小偏置電流，使激光器輸出的平均先功率變小，最后達到一個鎖定狀態(tài)，使得激光器輸出功率穩(wěn)定的光信號。R6和R7用于調節(jié)輸出光信號的均值功率。
激光器內部的溫度補償(ATC)功能可以通過R10和R14來完成，其中R10用來設置溫度補償?shù)钠?，R14用來設置溫度補償?shù)拈_啟溫度。溫度補償主要通過內部的熱敏電阻感知環(huán)境溫度，來改變調制電流的大小，使得光信號的消光比穩(wěn)定。
R8和R16用來設置常溫下的調制電流。R15用來設置偏置電流過載門限。當偏置電流超過設置的門限時，驅動器會通過/OCA腳輸出告警信號，/OCA腳通過R11上拉到VCCT。當內部APC環(huán)路失鎖時，告警指示信號通過/FAIL腳輸出，通過R19和NPN場效應管Q1(型號是MMBT3904)產(chǎn)生發(fā)送端告警指示信號，滿足SFP多源協(xié)議。DIS腳接收D4來的激光器輸出關斷控制信號，用來關斷內部的偏置電流和調制電流，該腳通過R13上拉到VCCT，滿足SFP多源協(xié)議。另外BIASmon和MODmon腳通過R17和R18上的電壓差監(jiān)視實際工作的偏置電流和調制電流的大小。C6用來設置內部APC環(huán)路的時間常數(shù)。
通過以上介紹的原理電路實現(xiàn)了接收到的電信號轉換成光信號的功能，發(fā)送的光信號和接收的光信號波長不同，通過D1內部的平面波導電路和波分復用濾波器與外部的尾纖耦合，就實現(xiàn)了100Mbps～155Mbps數(shù)據(jù)速率的單纖雙向信號傳輸。
串行可讀寫存儲器D3事先用來存放符合SFP多源協(xié)議的模塊的各種信息數(shù)據(jù)，外部電路可以通過D4的MOD-DEF(0)和MOD-DEF(1)讀取內部的數(shù)據(jù)。
另外在該電原理圖中其它的電容和電感都是用來對電源信號進行處理的，實現(xiàn)電源信號和地的隔離，電源信號的去耦，以及電源信號的濾波。整個模塊的電源信號為+3.3V。在D4上，發(fā)送部分和接收部分的電源和地信號是分開的。其中VccT和VccT是發(fā)送部分的電源和地，VccR和VeeR是接收部分的電源和地。
權利要求1.單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于模塊內的平面波導電路(PLC)包括激光器(6)、背光探測器(7)、光電探測器(2)、跨阻放大器(3)和波分復用濾波器(1)，尾纖耦合入平面波導電路中與濾波器連接，濾波器(1)對接收波長的光信號具有高反射性，反射回來的光通過平面波導到過光電探測器(2)，轉換成小電流信號經(jīng)過跨阻放大器(3)形成放大的電壓信號，輸出到后端的限幅放大器(4)，限幅放大器(4)對該信號放大成差分信號通過交流耦合的方式輸出到模塊外面后端的處理單元，實現(xiàn)光信號的光電變換，激光驅動器(5)通過交流耦合的方式從模塊外接收一定幅度的電信號，形成驅動電流通過平面波導電路(A)的激光器(6)的引腳，使用直流耦合的方式使激光器(6)發(fā)出一定功率和波長為發(fā)送波長的光信號，該波長的光信號通過平面波導到達波分復用濾波器(1)，而濾波器(1)對該波長的光信號具有高透射率的特性，透射出的光通過波導電路最終耦合進單模尾纖，發(fā)送出模塊，實現(xiàn)電光變換。
2.根據(jù)權利要求1所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于波導電路(A)中有背光探測器(7)與自動功率控制電路(8)形成閉環(huán)電路，使激光器(6)輸出功率穩(wěn)定，當閉環(huán)電路發(fā)生失鎖，其發(fā)送端發(fā)送告警信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于有支持自動溫度補償電路(9)的激光驅動器(5)。
4.根據(jù)權利要求1所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于激光驅動器(5)與模塊外部電路連接，接受激光器輸出關斷控制信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于限幅度大器(4)與電平比較器(10)連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于符合SFP多源協(xié)議的外部接口(D4)的TD+和TD-從外部接收一定幅度的差分電信號，通過R4，C5和C7交流耦合到驅動器(5)的DIN和/DIN腳，接口(D4)的TXDisoble腳接驅動器(5)的DIS腳。
7.根據(jù)權利要求1所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于平面波導電路為集成塊OL3902LN或OL5902N，激光驅動器(5)為CX020681324，限幅放大器(3)為MC2045-2Q16，電平比較器(D6)為MAX9030。
8.根據(jù)權利要求1所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于自動功率控制電路(8)有串聯(lián)電阻(R6，R7)，將背光探測器(7)發(fā)送光信號的平均功率，轉換成電流信號通過PD腳送入激光驅動器(5)，自動溫度補償電路(9)有并聯(lián)電阻(R10，R14)，電阻(R110)用來設置溫度補償?shù)钠?，電?R14)用來設置溫度補償?shù)拈_啟溫度。
9.根據(jù)權利要求6所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于驅動器(5)的腳(OCA)通過電阻(R11)接電源，腳(FALL)通過電阻(R19)接場效應管(Q1)，腳(D15)通過電阻(R13)接電源，腳(BIASmon，MoDmon)通過電阻(R17，R18)接電源，腳(Cmpc)通過電容(C6)接電源。
10.根據(jù)權利要求6所述的單纖雙向光收發(fā)模塊，其特征在于模塊有串行可讀寫存儲器(D3)與外部接口(D4)的腳(MOD-DEF(0)，MOD-DEF(1))連接。
專利摘要本實用新型為單纖雙向光收發(fā)模塊。其平面波導電路(PLC)包括激光器(6)，背光探測器(7)，光電探測器(2)，跨阻放大器(3)和波分復用濾波器(1)，尾纖耦合入平面波導電路中與濾波器連接。跨阻放大器(3)與限幅放大器(4)連接，激光驅動器(5)與激光器(6)連接。本實用新型支持100Mbps－156Mbps數(shù)據(jù)速率，滿足SFP多源協(xié)議，集成度高、體積小，光學性能好。
文檔編號H04B10/12GK2540711SQ0222253
公開日2003年3月19日 申請日期2002年5月13日 優(yōu)先權日2002年5月13日
發(fā)明者唐小波 申請人:飛博創(chuàng)(成都)科技有限公司