光模塊介紹 簡介PPT課件

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1、主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平第1頁/共73頁光模塊定義以光器件為核心增加一些電路部分和結(jié)構(gòu)件等完成相應(yīng)功能的單元第2頁/共73頁光模塊分類按速率劃分：按速率劃分：155Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 10Gb/s 等等按功能劃分：發(fā)射模塊，接收模塊，收發(fā)合一模塊按功能劃分：發(fā)射模塊，接收模塊，收發(fā)合一模塊(transceiver,)按封裝劃分：按封裝劃分：19/ 29/SFF/GBIC/SFP/XFP/300pin等等按使用條件劃分：熱插拔按使用條件劃分：熱插拔 (GBIC/SF

2、P/XFP) 帶插針帶插針 (19/29/SFF)按應(yīng)用劃分：按應(yīng)用劃分：SDH/SONET, Ethernet, Fiber Channel, CWDM, DWDM等等按工作模式劃分：連續(xù)和突發(fā)（按工作模式劃分：連續(xù)和突發(fā)（OLT：Optic Line Terminal，光，光線路終端；線路終端；ONU ：Optic Network Unit,光網(wǎng)絡(luò)單元）光網(wǎng)絡(luò)單元） 第3頁/共73頁光模塊發(fā)展歷史封裝形式：封裝形式：1X9 SFF GBIC SFP, XFP, SFP+傳輸速率：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

3、（功能：不帶監(jiān)控功能（None DDM） 帶數(shù)字診斷功能（帶數(shù)字診斷功能（DDM）接入應(yīng)用：接入應(yīng)用：P to P P to MP: PON (GE-PON, GPON, WDM-PON)光接口形式：尾纖型（光接口形式：尾纖型（Pigtail）；插拔型（）；插拔型（Receptacle）光傳輸形式：雙纖雙向（光傳輸形式：雙纖雙向（MSA）；單纖雙向（）；單纖雙向（BiDi）第4頁/共73頁光模塊發(fā)展趨勢小型化智能化熱插拔低功耗高速率遠(yuǎn)距離第5頁/共73頁主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平第6頁/共73頁光模塊內(nèi)部

4、主要元器件探測器激光器放大器時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)驅(qū)動芯片MUX&DeMUX第7頁/共73頁光器件光器件是由少數(shù)幾個光電光器件是由少數(shù)幾個光電子元件和子元件和IC 、無源元件、無源元件（如電阻、電容、電感、（如電阻、電容、電感、互感、微透鏡、隔離器）、互感、微透鏡、隔離器）、光纖及金屬連線組合、封光纖及金屬連線組合、封裝在一起，完成單項或少裝在一起，完成單項或少數(shù)幾項功能的混合集成件。數(shù)幾項功能的混合集成件。第8頁/共73頁光器件結(jié)構(gòu)圖第9頁/共73頁光器件分類如按功能，可分為：如按功能，可分為： 光發(fā)射器件光發(fā)射器件 光接收器件光接收器件按結(jié)構(gòu)，可分為：按結(jié)構(gòu)，可分為： TO器件器件(TOSA， RO

5、SA，BOSA)； DIP（或（或Butterfly）器件；）器件； 表面貼裝（表面貼裝（surface mount) 器件等；器件等；按傳輸速率，可分為按傳輸速率，可分為 155M、622M、1.25G、2.5G、10G等；等；傳輸距離，工作波長，工作方式等傳輸距離，工作波長，工作方式等 第10頁/共73頁探測器光探測器光探測器 作用把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷?PIN探測器探測器 P型摻雜、本征（I）和N型摻雜。APD探測器探測器 內(nèi)部具有光電倍增(或稱雪崩)光電二極管.（Avalanche Photodetector)第11頁/共73頁P(yáng)IN探測器響應(yīng)度：PRIPINPIN探測器即P-I-

6、N 探測器：P型摻雜IntrinsicN型摻雜 需加510V反偏電壓第12頁/共73頁APDAPD探測器響應(yīng)度：APD探測器： 雪崩光電探測器（Avalanche photodetector）RPMIAPD需加3060V反偏電壓M與溫度和反偏電壓有關(guān)第13頁/共73頁激光器FP LD (Fabry-Perot Laser)DFB LD (Distributed-Feedback Laser)VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)LED (Light-Emitting Diode)EAM LD (Electro-absorption modu

7、lated lasers)第14頁/共73頁FP LD 和 DFB LD都是邊緣發(fā)光諧振腔結(jié)構(gòu)不同F(xiàn)PLDDFBLD第15頁/共73頁LED 和 VCSEL都是面發(fā)光諧振腔結(jié)構(gòu)不同LEDVCSEL第16頁/共73頁EAM LD構(gòu)成：TEC致冷器，激光二極管，EA調(diào)制器，背光檢測二極管和，熱敏電阻等第17頁/共73頁放大器分類跨阻放大器：跨阻放大器：Transimpedance Amplifier（TIA ）主放主放Main Amplifiers (MA) 或后放或后放 Post Amplifiers 限幅放大器：限幅放大器：Limiting Amplifier (LA) 自動增益控制放大器：自

8、動增益控制放大器：Automatic Gain Control Amplifier (AGC). 第18頁/共73頁跨阻放大器（TIA）這種I-V變換電路中有一個負(fù)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?qū)挼耐l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第19頁/共73頁主放LA：轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，但是非線性限制了其應(yīng)用AGC： 在很大的動態(tài)范圍都是線性的，應(yīng)用范圍廣。例如：帶均衡器的接收機(jī)。限幅放大器自動增益控制放大器第20頁/共73頁時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)（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

9、條件。時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路（Clock and Data Recovery CDR）的作用就是在輸入數(shù)據(jù)信號中提取時鐘信號并找出數(shù)據(jù)和時鐘正確的相位關(guān)系第21頁/共73頁驅(qū)動芯片激光器驅(qū)動（電流）激光器驅(qū)動（電流）調(diào)制器驅(qū)動（電壓）調(diào)制器驅(qū)動（電壓） 第22頁/共73頁MUX &DeMUXMUX：16路并行 數(shù)據(jù)輸入，經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)。（如并行數(shù)據(jù)輸入為622Mb/s ，那么輸出數(shù)據(jù)為9.95Gb/s）DeMUX：則反過來，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，輸出16路并行 數(shù)據(jù)第23頁/共73頁主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊

10、接口電平第24頁/共73頁調(diào)制方式直接調(diào)制直接調(diào)制 外調(diào)制外調(diào)制 EA調(diào)制（調(diào)制（Electroabsorption Modulator） MZ調(diào)制（調(diào)制（Mach-Zehnder Modulator）第25頁/共73頁直接調(diào)制P1P0利用電信號的1和0控制激光器的電流大小。第26頁/共73頁EA調(diào)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(diào)制器。 來控制激光器出光大小。第27頁/共73頁MZ調(diào)制激光器一直處于發(fā)光狀態(tài)，發(fā)出的光經(jīng)過一個Y型波導(dǎo)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(chǎn)生不同的相位，再經(jīng)過Y型合束器，1信號時，相位相同，進(jìn)行疊加，0信

11、號時，相位相差180度，光信號 抵消。第28頁/共73頁主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平第29頁/共73頁1X9光模塊特點(diǎn)：特點(diǎn)：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(dá)80km應(yīng)用應(yīng)用數(shù)據(jù)通信：快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)電信： OC -3/STM -1, OC -12/STM -4第30頁/共73頁GBIC模塊特點(diǎn)：特點(diǎn)：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

12、離可達(dá)160km帶數(shù)字診斷功能（部分）應(yīng)用：應(yīng)用：數(shù)據(jù)通信：千兆以太網(wǎng)，1x/2x光纖通道電信：OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、 OC-48/STM-16 第31頁/共73頁SFF模塊特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作速率:155Mb/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(dá)80km帶數(shù)字診斷功能（部分）應(yīng)用：應(yīng)用：數(shù)據(jù)通信：快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)，1x/2x/4x 光纖通道電信：OC -3/STM-1、OC -12/STM-4、OC-48/STM-16 第32頁/共73頁SFP模塊特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作速率:155Mb/s 2.5Gb/

13、s工作電壓：3.3 V波長：850nm，1310nm，1550nm，WDM寬溫工作范圍傳輸距離可達(dá)100km+帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用：數(shù)據(jù)通信：快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)，1x/2x/4x 光纖通道電信：OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16 第33頁/共73頁P(yáng)ON模塊特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s工作電壓：3.3 V傳輸距離可達(dá)20km帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用：PON接入網(wǎng)第34頁/共73頁XFP模塊特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作速率:10Gb/s波長：1310nm，1550nm，DWDM傳輸距離可達(dá)80km帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用：數(shù)據(jù)通信：10G以

14、太網(wǎng)，10G光纖通道電信： OC -192/STM -64第35頁/共73頁300-pin Transponder模塊特點(diǎn)：特點(diǎn)：速率可達(dá)10Gb/s波長：1550nm，DWDM傳輸距離可達(dá)80km帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用：電信： OC -192/STM -64第36頁/共73頁主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平第37頁/共73頁典型光發(fā)射模塊功能框圖（直接調(diào)制）LaserDriverAPCTemp 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第38頁/共73頁典型光發(fā)射模塊功能框圖（外

15、調(diào)制） EAM LaserDriverAPCATC 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(diào)制電壓控制第39頁/共73頁P(yáng)IN型光接收模塊功能框圖PIN/TIAMAPIN/TIAMACDR3R 功能(Reshape, Reamplify, Retime)2R 功能(Reshape, Reamplify)第40頁/共73頁APD型光接收模塊功能框圖APD/TIAMAAPD/TIAMACDR3R 功能(Reshape, Reamplify, Retime)2R 功能(Reshape, Reamplify)High Voltage GenerationHigh Vol

16、tage Generation第41頁/共73頁光收發(fā)合一模塊(Transceiver)功能框圖TOSADriverROSAMAAPC/AECLOSRxPowerTxPowerTxDisableData InData OutOptical InOptical Out第42頁/共73頁帶數(shù)字診斷功能(DDM)光收發(fā)合一模塊功能框圖TOSADriverROSAMAAPC/AECLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C 第43頁/共73頁數(shù)字診斷(DDM)模塊特點(diǎn)第44頁/共73頁光收發(fā)合一模塊(XFP)功能框圖TOSA

17、DriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C CDRCDR第45頁/共73頁Transponder模塊功能框圖TOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisable16路 并行Data In16路 并行Data OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C MUXDeMUX第46頁/共73頁TDM: Time Division Multiplex 時分多路復(fù)用 TDMA: Time Division Multiple Ad

18、dress 時分多路訪問PON模塊第47頁/共73頁ONU光收發(fā)合一模塊功能框圖第48頁/共73頁OLT光收發(fā)合一模塊功能框圖第49頁/共73頁BOSA單纖雙向光組件單纖雙向光組件(Bi-Dirctional Optical Subassembly)第50頁/共73頁主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平第51頁/共73頁光模塊主要性能指標(biāo) 傳輸速率傳輸速率 傳輸距離傳輸距離 平均發(fā)射光功率平均發(fā)射光功率 消光比消光比 光眼圖光眼圖 譜寬譜寬 最小邊模抑制比最小邊模抑制比 接收靈敏度接收靈敏度 接受器過載接受器過載

19、光通道代價光通道代價 抖動抖動第52頁/共73頁傳輸速率傳輸速率指在單位時間內(nèi)通過信道的平均信息量，一般有比特速率和碼元速率兩種表示方法由于對于二進(jìn)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第53頁/共73頁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?shù)淖畲缶嚯x影響傳輸距離的因素：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)傳輸距離的計算功率

20、受限系統(tǒng)傳輸距離的計算:（光功率，靈敏度，光纖損耗等）（光功率，靈敏度，光纖損耗等） 目標(biāo)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(yán)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(nèi)部認(rèn)為是高電平。要下拉的話應(yīng)用1k以下電阻下拉。第68頁/共73頁ECL，PECL和LVPECL電平ECL：Emitter Coupled Logic 發(fā)射極耦合邏輯電路(差分結(jié)構(gòu)) Vcc=-5.2V；VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。 速度快，

21、驅(qū)動能力強(qiáng)，噪聲小，很容易達(dá)到幾百M(fèi)的應(yīng)用。但是功耗大，需要負(fù)電源。為簡化電源，出現(xiàn)了PECL(ECL結(jié)構(gòu)，改用正電壓供電)和LVPECL。 PECL：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(qū)動。中間可用交流耦合、電阻網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ眯酒M(jìn)行轉(zhuǎn)換。以上三種均為射隨輸出結(jié)構(gòu)，必須有電阻 拉到一個直流偏置電壓。

22、(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。) 第69頁/共73頁LVDS電平LVDS：Low Voltage Differential Signaling 差分對輸入輸出，內(nèi)部有一個恒流源差分對輸入輸出，內(nèi)部有一個恒流源3.5-4mA，在差分線上改變方向來表，在差分線上改變方向來表示示0和和1。通過外部的。通過外部的100歐匹配電阻歐匹配電阻(并在差分線上靠近接收端并在差分線上靠近接收端)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為350mV的差分電平。的差分電平。 LVDS使用注意：可以達(dá)到使用注意：可

23、以達(dá)到600M以上，以上，PCB要求較高，差分線要求嚴(yán)格等要求較高，差分線要求嚴(yán)格等長，差最好不超過長，差最好不超過10mil(0.25mm)。100歐電阻離接收端距離不能超過歐電阻離接收端距離不能超過500mil，最好控制在，最好控制在300mil以內(nèi)。以內(nèi)。 第70頁/共73頁CML電平CML電平是所有高速數(shù)據(jù)接口中最簡單的一種。其輸電平是所有高速數(shù)據(jù)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。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對的集電極電阻為50 ，輸出信號的高低電平切換是，輸出信號的高低電平切換是靠共發(fā)射極差分對的開關(guān)控制的。差分對的發(fā)射極到靠共發(fā)射極差分對的開關(guān)控制的。差分對的發(fā)射極到地的恒流源典型值為地的恒流源典型值為16 mA。 第71頁/共73頁謝 謝！第72頁/共73頁感謝您的觀看。第73頁/共73頁