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10GXFP光模块的设计

发布时间:2019-10-10 21:19:51 阅读: 来源:割炬厂家

10G XFP光模块的设计

万新星、任海兰(光纤通信技术和网络国家重点实验室,武汉邮电科学研究院)《光通信研究》2012.4 文章介绍了应用于光网络系统的10 Gbit/s XFP(小型化可热插拔)光模块的基本原理以及光收发模块的设计,采用了CDR(时钟数据恢复)、APC(自动功率控制)、LA(限幅放大器)和发射驱动集成的主芯片GN2010EA,与传统设计相比不仅降低了设计成本,而且降低了设计的复杂度。测试结果表明,该模块在宽的温度范围内能保持稳定的光功率和消光比,并且指标满足ITU T标准的要求,符合10 Gbit/s光模块设计要求。 引言 在光纤通信系统中,实现光/电/光转换功能的光收发模块占有十分重要的地位。高速率(40、100 Gbit/s)技术已经成为各大运营商关注的焦点,但10 Gbit/s技术仍然是当前通信系统的主流技术,基于标准化的密集波分光通信模块成为其必不可少的一部分,10 Gbit/s XFP(ds型化可热插拔)光模块以其价格低、体积小和应用环境广泛等优点,已经成为10 Gbit/s光模块的主流产品。 本文将介绍兼容40和80 km 的10 Gbit/sXFP光模块的基本原理、低成本的设计方案,以及相关的测试(验证方案的可行性)。这种设计采用CDR(时钟数据恢复)、APC(自动功率控制)、LA(限幅放大器)和驱动器集成的主芯片GN2010EA,减少了器件的数量,降低了制作工艺难度,达到了低成本的目的。 1 10 Gbit/s XFP光模块的设计 1.1 模块功能框图 图1所示为10 Gbit/s XFP光模块的基本结构框图。模块的发射端(包括光发送子系统、主芯片、温控电路以及控制电路)采用输入均衡器、多速率CDR、EML(电吸收调制激光器)驱动器和APC集成的芯片驱动激光器实现电/光转换。接收端(包括光接收子系统、主芯片以及控制电路)则采用APD(雪崩光电二极管)将探测到的光信号转换成电信号放大整形后输出。模块中采用单片机控制发射驱动芯片,实现数字诊断功能。 1.2 发射部分 发射电信号由主芯片GN2010EA 的TXDIP脚和TXDIN脚进入,经过主芯片发射部分的均衡器、CDR和EML驱动器,再由TXDOP脚和TXDON脚输出,进入TOSA(光发送子系统)进行电信号到光信号的转换。内部APC电路控制激光器的偏置电流,由IBIAS脚输出到TOSA,控制TOSA 的光功率。 主芯片内部APC电路有两种方式对激光器偏置电流进行设置:(1)设置寄存器APC REG5的第二位APCOVR,将APC环路旁路掉,这样可以直接通过寄存器设置IBIAS脚输出的电流值。(2)使用APC环路形成一个闭环负反馈,将设置电压值与VPHOTO脚反馈的电压值(VPHOTO脚的电压与发射光功率成比例关系)进行比较,最后使得VPHOTO脚反馈的电压值稳定在设定值,即使发射光功率稳定在设定值。 1.3 接收部分 传输距离不同时,所采用的光电探测器不同,接收端的设计电路也有所不同。短距离传输时采用PIN(光电二极管)光电探测器,长距离传输时采用APD光电探测器。 当使用APD ROSAl3 (光接收子系统)时,Th脚通过一个20 kQ的电阻接3.3 V参考电源,热敏电阻的电压值送到控制电路微处理器的ADC口对APD进行温度补偿;DAC脚接MCU(微控制单元)的DAC口,进行交叉水平调节;Vapd脚接升压电路;其他接口与使用PIN ROSA时的接法一样。使用PIN ROSA时,Th脚接地;DAC脚接外部电阻,将电流转换为电压给MCU 的ADC 口,对PIN进行电流监控,此时不接升压电路;Vapd脚接地;其他接口与使用APD ROSA时的接法一样。 1.4 监控部分 监控功能主要由MCU 来完成,本设计中采用ADUC7020。根据XFP协议SFF INF 8077i第四章定义的2线接口协议,可以通过总线实现对特别寄存器的读写。XFP光模块的监控量主要有TO SA温度、TEC(温度控制电路)电流、发射端偏置电流、调制电流、接收光功率和接收丢失告警等。 1.5 电源部分 XFP模块由外部的两路电源进行供电,这两路电源分别为5和3.3 V。模块内部对这两路电源按用途进行了细分。模块上电时,按照一定顺序给电路中的各个部分加电,以保护模块在热插拔的时候不会受到损伤。

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