光电模块基础知识培训

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1、光电模块基础知识培训光电模块基础知识培训新员工培训系列- - - -研发部2014-内容提要一、光纤通信；一、光纤通信；二、光电模块定义；二、光电模块定义；三、光电模块应用；三、光电模块应用；四、光电模块构成与原理；四、光电模块构成与原理；五、光电模块分类；五、光电模块分类；六、光电模块生产工艺；六、光电模块生产工艺；七、光电模块性能指标；七、光电模块性能指标；八、光电模块发展趋势；八、光电模块发展趋势；内容提要一、光纤通信；一、光纤通信；二、光电模块定义；二、光电模块定义；三、光电模块应用；三、光电模块应用；四、光电模块构成与原理；四、光电模块构成与原理；五、光电模块分类；五、光电模块分类；

2、六、光电模块生产工艺；六、光电模块生产工艺；七、光电模块性能指标；七、光电模块性能指标；八、光电模块发展趋势；八、光电模块发展趋势；光纤通信的主要优点有光纤通信的主要优点有: (1)传输频带宽传输频带宽,通信容量大。通信容量大。 (2)线路损耗低线路损耗低,传输距离远。传输距离远。 (3)抗干扰能力强抗干扰能力强 保密性好保密性好。光纤通信光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，以光纤就是利用光波作为载波来传送信息，以光纤 作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最 新通信技术。新通信技术。光纤通信是通信发展的必然方向。光纤通信是通信发展的必然

3、方向。(3)抗干扰能力强抗干扰能力强,保密性好保密性好。 (4)线径细线径细,重量轻。重量轻。 (5)抗化学腐蚀能力强。抗化学腐蚀能力强。 (6)光纤制造资源丰富。光纤制造资源丰富。光纤通信的主要缺点有光纤通信的主要缺点有: (1)光纤易折断。光纤易折断。 (2) 连接困难。连接困难。(3)怕弯曲。怕弯曲。内容提要一、光纤通信；一、光纤通信；二、光电模块定义；二、光电模块定义；三、光电模块应用；三、光电模块应用；四、光电模块构成与原理；四、光电模块构成与原理；五、光电模块分类；五、光电模块分类；六、光电模块生产工艺；六、光电模块生产工艺；七、光电模块性能指标；七、光电模块性能指标；八、光电模块

4、发展趋势；八、光电模块发展趋势；光电模块：光纤通信系统中，实现光信号和电信号相互转 换的装置。内容提要一、光纤通信；一、光纤通信；二、光电模块定义；二、光电模块定义；三、光电模块应用；三、光电模块应用；四、光电模块构成与原理；四、光电模块构成与原理；五、光电模块分类；五、光电模块分类；六、光电模块生产工艺；六、光电模块生产工艺；七、光电模块性能指标；七、光电模块性能指标；八、光电模块发展趋势；八、光电模块发展趋势；数字光纤通信数字光纤通信系统框图系统框图A、电信领域：B、安防领域：内容提要一、光纤通信；一、光纤通信；二、光电模块定义；二、光电模块定义；三、光电模块应用；三、光电模块应用；四、光

5、电模块构成与原理；四、光电模块构成与原理；五、光电模块分类；五、光电模块分类；六、光电模块生产工艺；六、光电模块生产工艺；七、光电模块性能指标；七、光电模块性能指标；八、光电模块发展趋势；八、光电模块发展趋势；光光电模块构成：电模块构成： 1、光光电子器件；电子器件； 2、功、功能能电电路路； 3、光接光接口、结构外壳口、结构外壳。光光电模块工电模块工作作原理：原理：1、发发射部分射部分把输入的一定速率电信号经驱动电路使激 光器发出相应速率的光信号；2、接接收部分收部分一定速率的光信号输入光模块后由光探测 二极管转换为相应速率的电信号再经放大后输出。管芯类型：管芯类型：FP、DFB、VCSEL

6、、LED、DML、EML光发光发射部分由驱动电射部分由驱动电路路、控、控制制电电路路 （如（如APC/ATC)、光源光源三部分组成三部分组成。 将电将电信信号转号转为光信为光信号号，具具有有附加附加发发 射禁止和监视射禁止和监视输输出功出功能。能。法布里-帕罗型激光二极管(FP-LD)和分布 反馈激光二极管(DFB-LD)是光通信设备中最常用的 半导体光发射器件。 与其他激光器相比,LD具有体积小、重量轻、 低功率驱动、输出光功率大、调制方便、寿命长和 易于集成等一系列优点。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

7、current） 时它发出激光。为了使 LD高速开关工作，必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 BIAS 。LD的两个主要 参数：阈值电流Ith和 斜效率Slope efficiency） 是温度的函数，且具有 较大的离散性。LD温度特性： LD是半导体器件，温度 升高阈值电流Ith增大斜 效率S降低 为了保持输出 平均光功率和消光比不变, 在温度上升时要增大 IBIAS和IMOD。光发射组件是光发射模块的主要部件 其中光发射组件是光发射模块的主要部件,其中 光源(半导体发光二极管或激光二极管)是核 心将LD芯片和监测光电二极管(MD)加上其 他元件封装在一个紧密结

8、构中(TO同轴封装 或蝶形封装),就构成光发射组件(TOSA)。一一个典型个典型的的激激光光器驱动电器驱动电路路包括下列部分：包括下列部分： 1. 差分电流开关电路向LD输出调制电流 2. 偏置电流发生器向LD提供直流偏置电流 3. 自动功率控制(APC)电路在不同温度和LD老化的情况下, 改变IBIAS,保持PAVG不变 4. 故障告警保护电路4. 故障告警、保护电路 5. 调制电流、偏置电流监控电路 6. 输入端整形电路(D触发器) 7. 自动温度控制(ATC)电路保持LD内恒定的温度（25）， 以保证激光器参数的稳定性。发射驱动电路实 质上就是一个高速电流开关直流耦合直流耦合交流耦合交流

9、耦合激光器驱动电路具备APC功能(自动光功率控制)可根据激光器驱动电路具备APC功能(自动光功率控制)，可根据 监控LD发光大小的背向光接收PD(为区别于上面接收部分 的PD，我们简称LDPD)输出电流大小，确定加给LD的驱动 电流大小。通过APC电路，LD驱动电路可实现动态调节LD 驱动电流大小。当LD发光变大时，上述LDPD输出电流变 大，LD驱动电路减小加给LD的驱动电流，以使LD发光变 小；反而，当LD发光变小时，LD驱动电路将增加驱动电 流以增大LD发光，从而保证LD发光功率保持恒定。光接光接收部分由收部分由光接光接收器件、前置放收器件、前置放 大大和限幅放和限幅放大大三部分组成三部

10、分组成。把经过把经过 传输后的传输后的微弱微弱光信光信号号转换为转换为电电信信号号， 并放大整形恢复成并放大整形恢复成原原来来的电信号。的电信号。 附加告警指示、接收监控。附加告警指示、接收监控。输入的光信号通过PIN管转换成光电流。光电流又通过跨阻放 大器（TIATranimpedance Amplifier）转换成电压信号。电 压信号经限幅放大，并通过整形滤波器与限幅放大器产生差分 DATA与/DATA的数据差分信号输出。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 fH0.75工作速率 TIA和探测器偏置（Vpd）必须 通过良好的去耦滤波电路供电 PD和TIA必须有良好

11、的屏蔽 TIA的通频带(-3db高频截止频 率)：fH=(0.70.75)数据率，TIA的技术要的技术要求和应求和应用用fH0.75工作速率 宽动态范围 Rf要足够大，以保证有 足够大的输出电压率)：fH=(0.70.75)数据率， fH过小，会产生码间干扰；过高， 会降低信噪比 选用低的等效输入噪声电流、 高的跨阻抗的TIA，才能得较高灵 敏度 跨阻放大器的优点：减小了放大器输入端的电容，使电 路的通频带得到扩展，以适应高速率使用。TIA就必须有AGC功能， 以保证足够的信号动态 范围。对小功率输入光转换后的小幅 度电信号采用大增益的放大倍 数，而对大功率输入光转换后 的大幅度信号采用小增益

12、的放的大幅度信号采用小增益的放 大倍数，从而使其输出的电信 号幅度波动大大小于输入光信 号功率的波动幅度。在模块的 电数据输出端保持恒定的输出， 不会随输入光信号的大小变化 而波动常用的光电检测器是PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD) PIN的响应度通常为0.650.97A/W(=0.91.7m) APD是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度光电 检测器,它可以使接收灵敏度提高610dB。 APD在工作时需要比较高(3070V)的反向偏压,模块中要附 加额外的DCDC升压电路,增大了模块的成本和电路的复杂程 度最佳 Vapd0.9Vbr Vbr 是的反向击穿电压为正温度。最佳 Va

13、pd0.9Vbr ，Vbr 是APD的反向击穿电压，为正温 度系数，所以升压电路输出的Vapd 要做温度补偿。 APD要求稳定、“干净”的反向偏压， 否则会影响接收灵敏 度。 过大的光电流(0.51mA)会烧坏APD，在测试时，输入光 功率不能超过0- 4dBm，一般要求- 7dBm.DC- DC输输 出出 倍倍 压压 电电 路路1. 开关管关断，在电感L上产生反激电压，通过D1对C3充电，VC3=VO 2. 开关管开通，L充电，D1断，C3通过D2向C2转移电荷，C2被充电到 VO(C3=10C2 VC2=VO) 3.开关管关断， L上产生的反激电压与VC2叠加,通过D3对C4充电 VC4=

14、VO+VC2=2VO输输 出出 倍倍 压压 电电 路路三部分组成：直流耦合多级放大器直流漂移补偿（自动 调零）电路限幅放限幅放大大器器的的原理框图原理框图调零）电路光功率检测告警电路 (有滞回的比较器)内容提要一、光纤通信；一、光纤通信；二、光电模块定义；二、光电模块定义；三、光电模块应用；三、光电模块应用；四、光电模块构成与原理；四、光电模块构成与原理；五、光电模块分类；五、光电模块分类；六、光电模块生产工艺；六、光电模块生产工艺；七、光电模块性能指标；七、光电模块性能指标；八、光电模块发展趋势；八、光电模块发展趋势；按封装：按封装：1X9、SFF、GBIC、SFP、 200/300pin

15、、 Xenpak 、X2/XPAK 、XFP、SFP+、QSFP、CFP按速率：按速率：低低速率、百兆、千兆、速率、百兆、千兆、2.5G、3.125G、 4.25G、6G、8G、10G、40G、100G。按按光接光接口：口：SC、FC、 ST 、 LC1X9单双纤系列：1X9封装、光接口SC/FC/ST可选、也可做成带尾纤、 工作电压3.3V/5V可选、工作速率 DC/52M/155M/622M/1.25G可选、工作温度商业级/工 业级可选、告警类型PECL/TTL可选。应用于ATM、SDH、以太网等光纤传输系统，比如光端 机、收发器。SFF单双纤系列：SFF封装、光接口双纤 LC/单纤SC/

16、LC、工作电 压、工作速率 155M/622M/1.25G可选、 工作温度商业级/工业级工作温度商业级/工业级 可选、告警类型 PECL/TTL可选。应用于ATM、SDH、以 太网等光纤传输系统， 主要是一些老光纤传输 系统。SFP单双纤LC/SC 系列：SFP封装、光接口LC、工 作电压3.3V、工作速率 155M/622M/2.5G可选、工 作温度商业级/工业级可选、 告警类型TTL。应用于ATM、SDH、以太 网等光纤传输系统，是现 在主流模块，具有抗干扰 能力强的金属外壳，金手 指支持热插拔，体积小， 能进行实时监控等优点。SFPCWDM/DWDM系列：SFP+系列：SFP封装、SR,LR,ER,ZR系列。应用于10G光纤传输系统，是现在主流高 速模块。XFP系列：XFP封装、SR,LR,ER,ZR系 列，带CDR时钟数