專利名稱：一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的sfp模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光纖通信技術(shù)，尤其是一種帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊。
背景技術(shù)：
文中縮略語解釋APC(Automatic Power Control)自動功率控制APD(Avalanche Photo Diode)雪崩光電二極管BOSA (Bidirectional Optical Sub-Assembly)雙向接口組件DDM(Digital Diagnostic Monitor)數(shù)字診斷監(jiān)控LA(Limit Amplifier) 限幅放大器LDD(Laser Diode Driver)激光二極管驅(qū)動MSA(Multi-Source Agreement)多源協(xié)議PIN(Positive Intrinsic-Negative) PIN 二極管ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly)光接收接口組件SFP(Small From-Factor Pluggable)小型可插拔光模塊TIA(Trans-Impedance Amplifier)跨阻放大器TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly)光發(fā)送接口組件SFP是一種支持熱插拔的小型光模塊，其符合多元協(xié)議(MSA)規(guī)范，一般采用LC接口，單纖雙向模塊有LC和SC兩種類型。SFP速率一般可高達4. 25G，廣泛地應(yīng)用于數(shù)據(jù)、電信等通信領(lǐng)域。SFP光模塊比1X9、SFF光模塊具有支持熱插拔功能，維護方便，且體積比早期熱插拔的GBIC光模塊小一半，可以在同樣大小設(shè)備面板配置多一倍的光模塊數(shù)量，因此廣泛地應(yīng)用于通信、監(jiān)控、電力等各行業(yè)，實現(xiàn)光信號和電信號的轉(zhuǎn)換。目前市面上的SFP—般采用激光器驅(qū)動芯片及限幅放大集成芯片兩片主芯片加微處理器的設(shè)計方案。兩片式結(jié)構(gòu)一般成本較高，且由于采用微處理器單元，需要軟件開發(fā)，生產(chǎn)中也需要燒寫程序代碼，這些都會增加設(shè)計和制造成本，且軟件的穩(wěn)定性決定SFP 模塊性能的穩(wěn)定性。除此之外，現(xiàn)有的SFP模塊還具有以下不足1.采用獨立的激光器驅(qū)動芯片和限幅放大器芯片的方案，集成度不高，外圍器件多，光模塊成本高；2.采用通用的微處理器，ADC —般只有纊10位，分辨率有限，實現(xiàn)的數(shù)字診斷的精度和范圍較低；3. 一般采用外置數(shù)字電位器或電阻、電位器的方式，進行出光參數(shù)的調(diào)整，增加了光模塊的材料成本或調(diào)試難度和一致性
實用新型內(nèi)容
[0021]本實用新型的實用新型目的在于針對上述存在的問題，提供一種采用單片收發(fā)一體激光器驅(qū)動與限幅放大集成芯片、具有高精度數(shù)字診斷功能(高精度數(shù)字診斷功能以下簡稱為DDM)的低成本SFP。本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，包括控制器單元、電接口單元、激光器驅(qū)動和限幅放大器單元、光發(fā)送接口組件與光接收接口組件，電接口單元用于實現(xiàn)控制器單元、激光器驅(qū)動和限幅放大器單元與外部電路的信號傳輸；激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的激光驅(qū)動器部分用于通過電接口單元接收從外部電路傳來的待發(fā)送電信號，驅(qū)動光發(fā)送接口組件的激光器發(fā)光，實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換；光接收接口組件用于把接收的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，輸出給激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分，限幅放大器放大后輸出的電信號通過電接口單元傳輸給外部電路，激光驅(qū)動器部分還用于監(jiān)測光發(fā)送接口組件的背光電流，對光發(fā)送接口組件進行自動功率控制，實現(xiàn)發(fā)送光功率的穩(wěn)定； 控制器單元與限幅放大器部分監(jiān)測光接收接口組件的接收光功率，當接收光功率小于一定閾值時，限幅放大器部分向控制器電路與外部電路輸出接收光信號丟失指示信號。優(yōu)選地，激光驅(qū)動器部分還具有自動功率控制單元、關(guān)斷控制信號輸入端、故障指示信號輸出端；所述自動功率控制單元用于采集光發(fā)送接口組件中PIN光電二極管的電流信號，并向光發(fā)送接口組件輸出偏置電流；關(guān)斷控制信號輸入端與電接口單元連接；激光驅(qū)動器部分還用于監(jiān)測光發(fā)送接口組件中激光器的工作狀態(tài)，當所述激光器及激光驅(qū)動器部分出現(xiàn)異常時，激光驅(qū)動器部分發(fā)出故障指示信號，所述故障指示信號輸出端接至電接口單元和控制器單元；所述控制器單元包括第一 AD采樣電路、第二 AD采樣電路；第一 AD采樣電路用于采集激光驅(qū)動器輸出的出光功率信號；第二 AD采樣電路用于采集激光驅(qū)動器輸出的偏置電流；所述控制器單元還用于設(shè)置自動功率控制電流與調(diào)制電流大小。優(yōu)選地，限幅放大器部分具有光信號丟失信號輸出端，所述光信號丟失信號輸出端接至電接口單元和控制器單元。優(yōu)選地，所述控制器單元還包括第一數(shù)字電位器與第二數(shù)字電位器；第一數(shù)字電位器用于設(shè)置自動功率控制電流大小；第二數(shù)字電位器用于設(shè)置調(diào)制電流大小。優(yōu)選地，在第一數(shù)字電位器與第二數(shù)字電位器上分別并聯(lián)一個電阻。優(yōu)選地，所述光接收接口組件為光收發(fā)接口組件中的光接收接口組件部分；光發(fā)送接口組件為光收發(fā)接口組件中的光發(fā)送接口組件部分。 優(yōu)選地，所述光接收接口組件為PIN型，所述控制器單元還具有第三AD采樣電路， 光接收接口組件輸出與接收光功率成比例的鏡像電流，控制器單元的第三AD采集電路用于采集所述鏡像電流。優(yōu)選地，光接收接口組件與激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分之間接有2階貝塞爾濾波器。優(yōu)選地，還具有APD高壓控制電路，所述控制器單元還具有第三AD采樣電路與DA 轉(zhuǎn)換器，所述光接收接口組件為APD型，光接收接口組件輸出與接收光功率成比例的鏡像電流，控制器單元的第三AD采樣電路用于采集所述鏡像電流，控制器單元的DA轉(zhuǎn)換器用于向APD高壓控制電路輸出控制信號。優(yōu)選地，光接收接口組件與激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分之間接有2階貝塞爾濾波器。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是1.采用一體化激光器驅(qū)動與限幅放大器芯片Mindspeed M02095/02096，有效減少了外圍器件，降低了光模塊生產(chǎn)成本；2.采用DS1856作為控制器單元，其上集成有12位ADC、兩支256步長的數(shù)字電位器，激光器驅(qū)動與限幅放大器芯片Mindspeed M02095/02096具有自動功率控制單元與關(guān)斷控制信號輸入端，控制器與激光器驅(qū)動與限幅放大器芯片配合，實現(xiàn)了高精度DDM功能；3.從而避免了控制器單元內(nèi)置的數(shù)字電位器控制激光器的出光功率和消光比參數(shù)，在上電瞬間，數(shù)字電位器阻值大于1兆歐，而使激光器驅(qū)動器處在不正常的工作狀態(tài)下，本發(fā)明分別在這兩個數(shù)字電位器上各并聯(lián)一個電阻到地，這樣在上電瞬間控制激光器的出光功率和消光比參數(shù)的電阻值就不會是大于1兆歐，從而不會進入故障狀態(tài)而不發(fā)光；4.本發(fā)明在光接收接口組件的TIA和激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分的LA之間加了一個2階貝塞爾低通濾波器，SFP光模塊的接收靈敏度有約廣3dB的改善，且電眼圖有明顯的改善，在成本變化不大的情況下，改善了光模塊的傳輸性能。

圖1是本實用新型的SFP模塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中光發(fā)送部分的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中光接受部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1，本實用新型公開的SFP光模塊包括滿足MSA (多元協(xié)議)規(guī)范定義的20腳金手指電接口單元、控制器單元、激光器驅(qū)動和限幅放大器單元、光發(fā)送接口組件、光接收接口組件。本實用新型采用DS1856芯片構(gòu)成控制器單元，選用Mindspeed M02095/02096芯片構(gòu)成激光器驅(qū)動和限幅放大器單元?？刂破鲉卧靡詫崿F(xiàn)對激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的控制和監(jiān)測，實現(xiàn)符合 MSA協(xié)議的數(shù)字診斷功能(DDM)，控制器單元對外提供標準的I2C接口與外部電路通信；激光驅(qū)動器部分接收從外部電路來的高速電信號，驅(qū)動光發(fā)送接口組件的激光器發(fā)光，實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換，并監(jiān)視光發(fā)送模塊接口組件的背光電流，進行APC自動功率控制， 實現(xiàn)發(fā)送光功率的穩(wěn)定；光接收接口組件中的PIN或APD光電二極管把接收的光信號轉(zhuǎn)換成高速電信號，經(jīng)過光接收接口組件中跨阻放大器(TIA)放大給限幅放大器部分，限幅放大器放大后輸出的標準的電信號，通過20腳金手指電接口給外部電路。當光接收接口組件采用APD光電二極管器件的情況下，SFP模塊還包括APD高壓控制電路，APD高壓控制電路輸出APD光電二極管所需的擊穿高壓，提高光接收接口組件的靈敏度。由于APD光器件的特性是隨著工作溫度變化的，本實用新型在APD高壓控制單元上用熱敏電阻對高壓進行溫度補償。如圖2所示的是本實用新型中光發(fā)送部分的結(jié)構(gòu)示意圖。從外部電路來的高速電信號從20腳金手指電接口進入到激光器驅(qū)動部分，激光器驅(qū)動器(LDD)驅(qū)動激光器發(fā)光，并監(jiān)測背光PIN光電二極管的電流信號，通過激光器驅(qū)動部分中的自動功率控制單元控制發(fā)送光信號的功率穩(wěn)定。當激光器二極管發(fā)光的時候，背光PIN光電二極管產(chǎn)生與輸出光強度成比例關(guān)系的Ipd電流。通過設(shè)置控制器電路的數(shù)字電位器Rape電阻值設(shè)定自動功率控制電流Iapc，自動功率控制單元將Ipd與自動功率控制電流Iapc進行比較。當 Iapc>Ipd時，表示激光器二極管輸出光功率小于設(shè)定功率，自動功率控制單元將通過增加偏置電流Ibias來增加激光二極管的輸出光功率；當Iapc<Ipd時，表示激光二極管輸出光功率大于設(shè)定功率，自動功率控制單元將通過減小偏置電流Ibias來減小激光二極管的輸出光功率。最終Iapc與Imd相等從而實現(xiàn)對輸出光功率的穩(wěn)定控制。消光比定義為信號“0”時平均光功率p0和“1”時平均光功率pi之比，在發(fā)光功率一定的情況下，消光比的大小與調(diào)制電流Imod的大小成一定關(guān)系。調(diào)整控制器單元中的另一個數(shù)字電位器Rmod的阻值來設(shè)置調(diào)制電流Imod的大小，從而設(shè)置消光比的大小。 控制器內(nèi)部集成了兩只數(shù)字電位器，分別用來做Rape和Rmod，各有256個步長，外部設(shè)備，如外部電路，通過I2C接口操作控制器相應(yīng)的寄存器，可以精確地設(shè)置數(shù)字電位器的阻值，從而實現(xiàn)激光器發(fā)光功率和消光比的精確控制。避免了生產(chǎn)線復雜的手工調(diào)試過程?？刂破鲉卧獌?nèi)部集成有12位高精度的ADC電路，可以監(jiān)測激光驅(qū)動器部分輸出的激光器出光功率信號和偏置電流，同時控制器單元也監(jiān)測發(fā)光的故障指示信號(故障指示信號由激光器驅(qū)動部分芯片內(nèi)部的安全電路根據(jù)激光器及相關(guān)電路的狀態(tài)產(chǎn)生)。激光器驅(qū)動部分具有關(guān)斷控制信號輸入端，關(guān)斷控制信號輸入端接至電接口單元，外部電路通過關(guān)斷控制信號輸入端控制激光器發(fā)光還是不發(fā)光。當激光器驅(qū)動部分出現(xiàn)故障時，將通過20腳金手指電接口單元輸出激光器故障指示信號給外部電路。本實用新型采用控制器內(nèi)置的數(shù)字電位器控制激光器的出光功率和消光比參數(shù)， 但由于此控制器內(nèi)的數(shù)字電位器在上電瞬間，數(shù)字電位器阻值是大于1兆歐，這樣會有可能使激光器驅(qū)動器處在不正常的工作狀態(tài)下，驅(qū)動器內(nèi)部的安全電路將輸出故障指示信號，且關(guān)斷激光器的輸出。為了避免上電瞬間由于數(shù)字電位器的原因?qū)е鹿饽K不發(fā)光，本實用新型分別在這兩個數(shù)字電位器上各并聯(lián)一個電阻到地，這樣在上電瞬間控制激光器的出光功率和消光比參數(shù)的電阻值就不會是大于1兆歐，從而不會進入故障狀態(tài)而不發(fā)光。如圖2所示的是本實用新型中光接收部分的結(jié)構(gòu)示意圖。對于信號接收端來說， 本實用新型具有PINTIA和APDTIA兩種方式。當采用PINTIA方式時，PIN光電二極管把接收的光信號轉(zhuǎn)換成電信號給跨阻放大器(TIA)，跨阻放大器(TIA)輸出高速電信號給限幅放大器(LA)，限幅放大器(LA)輸出標準的電信號給外部電路。APDTIA情況下，需要APD高壓控制電路提供給APD所需的擊穿高壓，其它工作原理基本與PINTIA相同。本實用新型采用的電路支持Vpd和Isource兩種方式的光接收接口組件(ROSA)，Vpd方式的R0SA，需要采用單獨的鏡像電流源用于監(jiān)測接收光功率的大小，而 Isource的R0SA，自身就輸出鏡像電流用于接收功率監(jiān)測。鏡像電流源輸出與PIN或APD 的工作電流成一定比例關(guān)系的鏡像電流，此電流與接收光功率成比例關(guān)系?？刂破鲉卧ㄟ^12位的ADC監(jiān)測PIN或APD的鏡像電流源輸出的鏡像電流的大小來來監(jiān)測接收光功率的大小。當控制器單元發(fā)現(xiàn)接收光功率大小低于門限值時，限幅放大器部分將輸出光信號丟失信號給外部電路和控制器。外部電路通過I2C接口可以訪問接收光功率和接收光信號狀態(tài)。為了改善接收信號的質(zhì)量，本實用新型在跨阻放大器(TIA)和限幅放大器(LA)之間加了一個2階貝塞爾低通濾波器，針對不同的接收速率，濾波器電路參數(shù)選擇不同。通過仿真計算和實驗，增加濾波器后，本實用新型的SFP光模塊的接收靈敏度有約廣3dB的改善，且電眼圖有明顯的改善，在成本變化不大的情況下，改善了光模塊的傳輸性能。本實用新型采用的控制器內(nèi)部還集成有溫度傳感器和電壓監(jiān)測電路，通過內(nèi)部12 位的ADC，實現(xiàn)高精度的溫度和工作電壓監(jiān)測。本實用新型采用的控制器的電路架構(gòu)，實現(xiàn)了工作溫度、工作電壓、接收光功率、 發(fā)送光功率、偏置電流等模擬量的精確監(jiān)測，同時也實現(xiàn)激光器故障、接收信號丟失等狀態(tài)的監(jiān)視及控制，對外提供標準的I2C接口用于外部電路對光模塊的訪問和控制，滿足 SFF-8472 要求。 當采用BOSA時(取代TOSA和R0SA)，本方案也支持單纖雙向的SFP模塊，根據(jù)BOSA 的接口，又可以分為LC單纖雙向SFP模塊和SC單纖雙向SFP模塊。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，包括控制器單元、電接口單元、激光器驅(qū)動和限幅放大器單元、光發(fā)送接口組件與光接收接口組件，電接口單元用于實現(xiàn)控制器單元、激光器驅(qū)動和限幅放大器單元與外部電路的信號傳輸；激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的激光驅(qū)動器部分用于通過電接口單元接收從外部電路傳來的待發(fā)送電信號，驅(qū)動光發(fā)送接口組件的激光器發(fā)光，實現(xiàn)電信號到光信號的轉(zhuǎn)換；光接收接口組件用于把接收的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，輸出給激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分，限幅放大器放大后輸出的電信號通過電接口單元傳輸給外部電路，其特征在于，激光驅(qū)動器部分還用于監(jiān)測光發(fā)送接口組件的背光電流，對光發(fā)送接口組件進行自動功率控制，實現(xiàn)發(fā)送光功率的穩(wěn)定；控制器單元與限幅放大器部分監(jiān)測光接收接口組件的接收光功率，當接收光功率小于一定閾值時，限幅放大器部分向控制器電路與外部電路輸出接收光信號丟失指示信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于， 激光驅(qū)動器部分還具有自動功率控制單元、關(guān)斷控制信號輸入端、故障指示信號輸出端；所述自動功率控制單元用于采集光發(fā)送接口組件中PIN光電二極管的電流信號，并向光發(fā)送接口組件輸出偏置電流；關(guān)斷控制信號輸入端與電接口單元連接；激光驅(qū)動器部分還用于監(jiān)測光發(fā)送接口組件中激光器的工作狀態(tài)，當所述激光器及激光驅(qū)動器部分出現(xiàn)異常時， 激光驅(qū)動器部分發(fā)出故障指示信號，所述故障指示信號輸出端接至電接口單元和控制器單元；所述控制器單元包括第一 AD采樣電路、第二 AD采樣電路；第一 AD采樣電路用于采集激光驅(qū)動器輸出的出光功率信號；第二 AD采樣電路用于采集激光驅(qū)動器輸出的偏置電流；所述控制器單元還用于設(shè)置自動功率控制電流與調(diào)制電流大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于，限幅放大器部分具有光信號丟失信號輸出端，所述光信號丟失信號輸出端接至電接口單元和控制器單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于， 所述控制器單元還包括第一數(shù)字電位器與第二數(shù)字電位器；第一數(shù)字電位器用于設(shè)置自動功率控制電流大小；第二數(shù)字電位器用于設(shè)置調(diào)制電流大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于， 在第一數(shù)字電位器與第二數(shù)字電位器上分別并聯(lián)一個電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于， 所述光接收接口組件為光收發(fā)接口組件中的光接收接口組件部分；光發(fā)送接口組件為光收發(fā)接口組件中的光發(fā)送接口組件部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于， 所述光接收接口組件為PIN型，所述控制器單元還具有第三AD采樣電路，光接收接口組件輸出與接收光功率成比例的鏡像電流，控制器單元的第三AD采集電路用于采集所述鏡像電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6或7所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于，光接收接口組件與激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分之間接有2 階貝塞爾濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于， 還具有APD高壓控制電路，所述控制器單元還具有第三AD采樣電路與DA轉(zhuǎn)換器，所述光接收接口組件為APD型，光接收接口組件輸出與接收光功率成比例的鏡像電流，控制器單元的第三AD采樣電路用于采集所述鏡像電流，控制器單元的DA轉(zhuǎn)換器用于向APD高壓控制電路輸出控制信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，其特征在于，光接收接口組件與激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分之間接有2階貝塞爾濾波器。
專利摘要本實用新型公開了一種低成本帶高精度數(shù)字診斷功能的SFP模塊，涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。旨在提供一種滿足SFF-8472中規(guī)定的數(shù)字診斷功能的低成本SFP模塊。本實用新型的技術(shù)要點在于采用激光器驅(qū)動和限幅放大器集成的單芯片，并配合控制器單元實現(xiàn)了高精度數(shù)字診斷功能。在光接收接口組件與激光器驅(qū)動和限幅放大器單元的限幅放大器部分之間接入濾波器來提高模塊的靈敏度及信號質(zhì)量。在控制器單元的數(shù)字電位器的引腳上采用外加電阻的方式避免出現(xiàn)上電不發(fā)光的故障問題。本實用新型可以用于LC單纖雙向SFP模塊、SC單纖雙向SFP模塊及LC雙纖SFP模塊。
文檔編號H04B10/24GK202172408SQ201120238628
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者宛明, 黃小雷 申請人:成都新易盛通信技術(shù)有限公司