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1、光模块基本原理 SFP光模块及接收机基本原理 1 2 3 4 主要内容 光模块简介 光模块内部主要元器件 光模块调制方式 光模块的特点及应用 光模块原理框图 光模块主要性能指标 光模块接口电平 5 光模块定义 以光器件为核心增加一些电路部分和结构件等完成相应功能的单元 6 光模块分类 按速率划分 155Mb s622Mb s1 25Gb s2 5Gb s10Gb s等按功能划分 发射模块 接收模块 收发合一模块 transceiver 按封装划分 1 9 2 9 SFF GBIC SFP XFP 300pin等按使用条件划分 热插拔 GBIC SFP XFP 带插针 1 9 2 9 SFF 按
2、应用划分 SDH SONET Ethernet FiberChannel CWDM DWDM等按工作模式划分 连续和突发 OLT OpticLineTerminal 光线路终端 ONU OpticNetworkUnit 光网络单元 7 光模块发展历史 封装形式 1X9 SFF GBIC SFP XFP SFP 传输速率 155M 622M 1 25G 2 5G 4 25G 8 5G 10G 40G 功能 不带监控功能 NoneDDM 带数字诊断功能 DDM 接入应用 PtoP PtoMP PON GE PON GPON WDM PON 光接口形式 尾纤型 Pigtail 插拔型 Recepta
3、cle 光传输形式 双纤双向 MSA 单纤双向 BiDi 8 光模块发展趋势 小型化 智能化 热插拔 低功耗 高速率 远距离 9 主要内容 光模块简介 光模块内部主要元器件 光模块调制方式 光模块的特点及应用 光模块原理框图 光模块主要性能指标 光模块接口电平 10 光模块内部主要元器件 探测器激光器 放大器时钟数据恢复驱动芯片MUX DeMUX 11 光器件 光器件是由少数几个光电子元件和IC 无源元件 如电阻 电容 电感 互感 微透镜 隔离器 光纤及金属连线组合 封装在一起 完成单项或少数几项功能的混合集成件 12 光器件结构图 13 光器件分类 如按功能 可分为 光发射器件光接收器件按结
4、构 可分为 TO器件 TOSA ROSA BOSA DIP 或Butterfly 器件 表面贴装 surfacemount 器件等 按传输速率 可分为155M 622M 1 25G 2 5G 10G等 传输距离 工作波长 工作方式等 14 探测器 光探测器作用把光信号转变为电信号的器件 PIN探测器P型掺杂 本征 I 和N型掺杂 APD探测器内部具有光电倍增 或称雪崩 光电二极管 AvalanchePhotodetector 15 PIN探测器 响应度 PIN探测器即P I N探测器 P型掺杂 Intrinsic N型掺杂 需加5 10V反偏电压 16 APD探测器 响应度 APD探测器 雪崩
5、光电探测器 Avalanchephotodetector 需加30 60V反偏电压 M与温度和反偏电压有关 17 激光器 FPLD Fabry PerotLaser DFBLD Distributed FeedbackLaser VCSEL Vertical CavitySurface EmittingLaser LED Light EmittingDiode EAMLD Electro absorptionmodulatedlasers 18 FPLD和DFBLD 都是边缘发光谐振腔结构不同 FP LD DFB LD 19 LED和VCSEL 都是面发光谐振腔结构不同 LED VCSEL 2
6、0 EAMLD 构成 TEC致冷器 激光二极管 EA调制器 背光检测二极管和 热敏电阻等 21 放大器分类 跨阻放大器 TransimpedanceAmplifier TIA 主放MainAmplifiers MA 或后放PostAmplifiers限幅放大器 LimitingAmplifier LA 自动增益控制放大器 AutomaticGainControlAmplifier AGC 22 跨阻放大器 TIA 这种I V变换电路中有一个负反馈电阻Rf 所以又被称做跨阻放大器 TIA 低的等效输入噪声电流高输入阻抗 低输入电容足够宽的通频带fH 0 75 工作速率宽动态范围Rf要足够大 以保
7、证有足够大的输出电压 23 主放 LA 转换速度快 功耗低 但是非线性限制了其应用AGC 在很大的动态范围都是线性的 应用范围广 例如 带均衡器的接收机 限幅放大器 自动增益控制放大器 24 时钟和数据恢复 CDR 电路 在数字通信系统中 码元同步是系统正常工作的必要条件 时钟和数据恢复电路 ClockandDataRecovery 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 25 驱动芯片 激光器驱动 电流 调制器驱动 电压 26 MUX DeMUX MUX 16路并行数据输入 经过并串转换 输出数据 如并行数据输入为622Mb s 那么输出数据为9 95G
8、b s DeMUX 则反过来 输入数据经过串并转换 输出16路并行数据 27 主要内容 光模块简介 光模块内部主要元器件 光模块调制方式 光模块的特点及应用 光模块原理框图 光模块主要性能指标 光模块接口电平 28 调制方式 直接调制外调制EA调制 ElectroabsorptionModulator MZ调制 Mach ZehnderModulator 29 直接调制 P1 P0 利用电信号的 1 和 0 控制激光器的电流大小 30 EA调制 激光器一直处于发光状态 电信号 1 0 作用于电吸收调制器 来控制激光器出光大小 31 MZ调制 激光器一直处于发光状态 发出的光经过一个Y型波导分束
9、器分出两束相位等一样的光信号 电信号控制两个干涉臂电级 使两束光信号产生不同的相位 再经过Y型合束器 1 信号时 相位相同 进行叠加 0 信号时 相位相差180度 光信号抵消 32 主要内容 光模块简介 光模块内部主要元器件 光模块调制方式 光模块的特点及应用 光模块原理框图 光模块主要性能指标 光模块接口电平 33 1X9光模块 特点 工作速率 155Mb s 1Gb s工作电压 3 3V或5V波长 1310nm 1550nm宽温工作范围传输距离可达80km应用数据通信 快速以太网 千兆以太网电信 OC 3 STM 1 OC 12 STM 4 34 GBIC模块 特点 工作速率 155Mb
10、s 2 5Gb s工作电压 3 3V或5V波长 850nm 1310nm 1550nm传输距离可达160km带数字诊断功能 部分 应用 数据通信 千兆以太网 1x 2x光纤通道电信 OC 3 STM 1 OC 12 STM 4 OC 48 STM 16 35 SFF模块 特点 工作速率 155Mb s 2 5Gb s工作电压 3 3V波长 850nm 1310nm 1550nm宽温工作范围传输距离可达80km带数字诊断功能 部分 应用 数据通信 快速以太网 千兆以太网 1x 2x 4x光纤通道电信 OC 3 STM 1 OC 12 STM 4 OC 48 STM 16 36 SFP模块 特点
11、工作速率 155Mb s 2 5Gb s工作电压 3 3V波长 850nm 1310nm 1550nm WDM宽温工作范围传输距离可达100km 带数字诊断功能应用 数据通信 快速以太网 千兆以太网 1x 2x 4x光纤通道电信 OC 3 STM 1 OC 12 STM 4 OC 48 STM 16 37 PON模块 特点 工作速率 155Mb s 2 5Gb s工作电压 3 3V传输距离可达20km带数字诊断功能应用 PON接入网 38 XFP模块 特点 工作速率 10Gb s波长 1310nm 1550nm DWDM传输距离可达80km带数字诊断功能应用 数据通信 10G以太网 10G光纤
12、通道电信 OC 192 STM 64 39 300 pinTransponder模块 特点 速率可达10Gb s波长 1550nm DWDM传输距离可达80km带数字诊断功能应用 电信 OC 192 STM 64 40 主要内容 光模块简介 光模块内部主要元器件 光模块调制方式 光模块的特点及应用 光模块原理框图 光模块主要性能指标 光模块接口电平 41 典型光发射模块功能框图 直接调制 Laser Driver APC TempSensor AEC 自动光功率控制 自动消光比控制 XC 占空比控制 匹配电路 42 典型光发射模块功能框图 外调制 EAMLaser Driver APC ATC
13、 自动光功率控制 自动温度控制 XC 占空比控制 匹配电路 MC BC 偏置电压控制 调制电压控制 43 PIN型光接收模块功能框图 PIN TIA MA PIN TIA MA CDR 3R功能 Reshape Reamplify Retime 2R功能 Reshape Reamplify 44 APD型光接收模块功能框图 APD TIA MA APD TIA MA CDR 3R功能 Reshape Reamplify Retime 2R功能 Reshape Reamplify HighVoltageGeneration HighVoltageGeneration 45 光收发合一模块 Tra
14、nsceiver 功能框图 TOSA Driver ROSA MA APC AEC LOS RxPower TxPower TxDisable DataIn DataOut OpticalIn OpticalOut 46 带数字诊断功能 DDM 光收发合一模块功能框图 TOSA Driver ROSA MA APC AEC LOS TxDisable DataIn DataOut OpticalIn OpticalOut MCU EEPROM I2C 47 数字诊断 DDM 模块特点 48 光收发合一模块 XFP 功能框图 TOSA Driver ROSA MA APC AEC ATC LOS
15、 TxDisable DataIn DataOut OpticalIn OpticalOut MCU EEPROM I2C CDR CDR 49 Transponder模块功能框图 TOSA Driver ROSA MA APC AEC ATC LOS TxDisable 16路并行DataIn 16路并行DataOut OpticalIn OpticalOut MCU EEPROM I2C MUX DeMUX 50 TDM TimeDivisionMultiplex时分多路复用TDMA TimeDivisionMultipleAddress时分多路访问 PON模块 51 ONU光收发合一模块
16、功能框图 52 OLT光收发合一模块功能框图 53 BOSA 单纤双向光组件 Bi DirctionalOpticalSubassembly 54 主要内容 光模块简介 光模块内部主要元器件 光模块调制方式 光模块的特点及应用 光模块原理框图 光模块主要性能指标 光模块接口电平 55 光模块主要性能指标 传输速率传输距离平均发射光功率消光比光眼图谱宽最小边模抑制比接收灵敏度接受器过载光通道代价抖动 56 传输速率 传输速率指在单位时间内通过信道的平均信息量 一般有比特速率和码元速率两种表示方法 由于对于二进制码元 比特速率和码元速率相等 比特速率指系统每秒钟传送的比特数 单位为bit s SDH等级系列比特率STM 1155 52Mb sSTM 4622 08Mb sSTM 162 48832Gb sSTM 649 95328Gb s 57 传输距离指模块在特定光纤传输系统中能够无差错传输的最大距离影响传输距离的因素 光纤 损耗 色散等 激光器 功率 波长 工作方式 探测器灵敏度 传输速率等 功率受限系统传输距离的计算 光功率 灵敏度 光纤损耗等 目标传输距离L km L Pmin S
