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光模块基础知识培训


光模块基础知识介绍
第一章 光模块种类 第二章 光模块的基本组成部分

第三章 SFP模块的电气接口(INF-8074)
第四章 主要光口测试参数介绍
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光模块基础知识介绍
第一章 光模块种类

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第二章 光模块的基本组成部分
主要功能:提供光电-电光转换能力。 由两部分组成:发射部分和接收部分。 发射部分将电信号转换为光信号。 接收部分将光信号转换为电信号。

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? 2.1 发射部分

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? 2.1.1 激光二极管的特性
? 激光二极管(LD—Laser diode) 是一个电流器件,只在它通过 的正向电流超过阈值电流Ith (Threhold current)时它发出 激光 ? 为了使LD高速开关工作,必须 对它加上略大于阈值电流的直 流偏置电流IBIAS ? LD的两个主要参数:阈值电流 Ith和斜效率S(Slope efficiency) 是温度的函数,且具有离散性

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? 2.1.2 激光二极管驱动电路
? 驱动电路实质上就是一个高 速电流开关

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? 2.1.3 自动功率控制(APC)原理
? 通过检测背光二极管(MD) 产生的光电流(平均值)来 实现闭环控制 ? APC调节偏置电流来保持平 均输出光功率稳定

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? 2.1.4 TEC温度控制电路
? DWDM(密集波分复用)技术不断发展,为了尽可能地传输更多的信道, 要求光源峰值波长的间隔尽可能地小,这就对激光器波长的稳定性提出 了更高的要求。对于采用0.8nm(100GHz)信道间隔的DWDM系统,一 个0.4nm的波长变化就能把一个信道移到另一个信道上。DWDM激光器 的波长容差典型值为±0.1nm。

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从图中可以看出在正常工作范围内, 激光器波长与温度成正比关系,环 境温度的变化会对波长造成影响。 激光器波长的温度依赖性典型约为 0.08nm/℃,因此对波长的控制可 通过温度控制来实现,对激光器的 管芯温度进行控制是稳定激光器发 射波长的最有效、最基本的方法。 对于1.5μm DFB激光 器,波长温度系数约 为13GHz/℃
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激光器的温度-波长曲线

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热敏电阻

激光器管芯
l0激光输出

TEC

TEC 控制电路
由温度实现波长反馈控制示意图
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? 2.2 接收部分

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? 2.2.1 PIN/APD的主要特性
? ? ? ? 波长响应范围:对一定波长范围内的入射光进行光电转换。 响应度: 响应速度:要能够检测高频调制的光信号,响应速度就要足够快。响应速度通常 用响应时间来表示。响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的响应——电脉冲的上 升或下降时间。 灵敏度:是指在保证一定通信质量条件下所需接收的最小信号功率(Ps)。

影响光接收组件的灵敏度的因素很多,和系统相关的主要有: ? ? 比特速率对灵敏度影响(比特速率越大,灵敏度下降越多) 输入脉冲波形对灵敏度影响 (输入脉冲波形越宽,灵敏度下降越大 )
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? 2.2.2 前置放大电路

? 这种I-V变换电路中有一个负反馈电阻Rf,所以又被称做跨 16 阻放大器(TIA—Tranimpedance Amplifier )

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? 2.2.3 限幅放大器(主放)
? TIA输出的是模拟信号,要把它转换成数字信号才能被信号 处理电路识别。 ? 限幅放大器起的作用就是把TIA输出的幅度不同的信号处理 成等幅的数字信号。

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? 2.2.4 定时判决、时钟提取
? 时钟和数据恢复电路(Clock and Data Recovery —CDR)的 作用就是在输入数据信号中提取时钟信号并找出数据和时 钟正确的相位关系

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? 2.2.5 APD偏置电压
? ? ? APD的偏置电压(即通常所说的高压)一般约为20、30几伏,而目前光 模块的工作电压一般为3.3V或5V。 APD的灵敏度随着温度的升高而降低。 为保证APD的正常工作,需要引入高压电路及相应的温度补偿措施。 APD高压电路主要包括升压电路、倍压电路 和温度补偿 三个部分。

升压电路

倍压电路

热敏电阻
温度补偿

APD

光电流Ig

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第三章 SFP模块电气接口(INF-8074)
1、引脚定义

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2、电气接口
VCCT 和 VCCR分别是发射和接受部分电源,要求3.3V±5%,最大供电电流 300mA以上。电感的直流阻抗应该小于1欧姆,确保SFP的供电电压稳定在 3.3V。推荐的滤波网络,可以保证插拔模块时的浪涌小于30mA。

VCCT 和 VCCR可以在模块内相连。发射和接收的地可以在模块内相连。

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? ? ? ? ? ? TD-/+ 是发射部分差分信号输入,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗. 差分输入信号摆幅范围500mV~2400mV RD-/+ 接受部分差分信号输出,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗. 差分输出信号摆幅范围370~2000mV Rate_Select: 接收部分速率选择。 Mod_Def0:接地 Mod_Def1:I2C的时钟线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC Mod_Def2:I2C的数据线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC

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TX_Fault:开集/漏极输出,需要在主板上由4.7K~10K电阻上拉至 2~VCC+0.3V. 激光器失效时为高电平, 正常工作时为低电平( <0.8V )
? TX_Disable:关断使能输入.需要在模块内由4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V. 低电平(0~0.8) 正常工作 高电平(2~3.465)关断 悬空:关断 LOS:开集/漏极输出,需要4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V. 当输入光功率低于最差接受光功率时 高电平告警,
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第四章 主要光口测试参数介绍
1、平均发射光功率(P)

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2、消光比(Ex)

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3、眼图模板(eye pattern)

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4、接收灵敏度(Sensitivity)

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5、接收过载(overload)

光线路系统接口

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谢谢!

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