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及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第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)按應用劃分：按應用劃分：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）接入應用：接入應用：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及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第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PIN探測器響應度：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用AGC： 在很大的動態(tài)范圍都是線性的，應用范圍廣。例如：帶均衡器的接收機。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（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及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊

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及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第29頁/共73頁1X9光模塊特點：特點：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80km應用應用數(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：特點：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160km帶數(shù)字診斷功能（部分）應用：應用：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：特點：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80km帶數(shù)字診斷功能（部分）應用：應用：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：特點：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100km+帶數(shù)字診斷功能應用：應用：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PON模塊特點：特點：工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s工作電壓：3.3 V傳輸距離可達20km帶數(shù)字診斷功能應用：應用：PON接入網(wǎng)第34頁/共73頁XFP模塊特點：特點：工作速率:10Gb/s波長：1310nm，1550nm，DWDM傳輸距離可達80km帶數(shù)字診斷功能應用：應用：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：特點：速率可達10Gb/s波長：1550nm，DWDM傳輸距離可達80km帶數(shù)字診斷功能應用：應用：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及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第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PIN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及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第51頁/共73頁光模塊主要性能指標 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)部認為是高電平。要下拉的話應用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，噪聲小，很容易達到幾百M的應用。但是功耗大，需要負電源。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：可以達到使用注意：可

23、以達到600M以上，以上，PCB要求較高，差分線要求嚴格等要求較高，差分線要求嚴格等長，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