光收发模块基本原理

光模块基本原理主要内容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）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（Receptacle）光传输形式：双纤双向（MSA）；单纤双向（BiDi）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。光器件结构图光器件分类如按功能，可分为：光发射器件光接收器件按结构，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)PIN探测器响应度：PRIPIN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APD探测器响应度：APD探测器：雪崩光电探测器（Avalanchephotodetector）RPMIAPD需加30～60V反偏电压M与温度和反偏电压有关激光器FPLD(Fabry-PerotLaser)DFBLD(Distributed-FeedbackLaser)VCSEL(Vertical-CavitySurface-EmittingLaser)LED(Light-EmittingDiode)EAMLD(Electro-absorptionmodulatedlasers)FPLD和DFBLD都是边缘发光谐振腔结构不同FP－LDDFB－LDLED和VCSEL都是面发光谐振腔结构不同LEDVCSELEAMLD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).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）VccRiAuo=iRiff(b)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，以保证有足够大的输出电压主放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时钟和数据恢复（CDR）电路DFlip-Flop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驱动芯片激光器驱动（电流）调制器驱动（电压）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9.95Gb/s）DeMUX：则反过来，输入数据经过串并转换，输出16路并行数据主要内容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光模块接口电平调制方式直接调制外调制EA调制（ElectroabsorptionModulator）MZ调制（Mach-ZehnderModulator）直接调制P1P0利用电信号的‘1’和‘0’控制激光器的电流大小。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。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。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-4GBIC模块特点：工作速率:155Mb/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-16SFF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-16SFP模块特点：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-16PON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光纤通道电信：OC-192/STM-64300-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光模块接口电平典型光发射模块功能框图（直接调制）LaserDriverAPCTempSensorAEC自动光功率控制自动消光比控制XC占空比控制匹配电路典型光发射模块功能框图（外调制）EAMLaserDriverAPCATC自动光功率控制自动温度控制XC占空比控制匹配电路MCBC偏置电压控制调制电压控制PIN型光接收模块功能框图PIN/TIAMAPIN/TIAMACDR3R功能(Reshape,Reamplify,Retime)2R功能(Reshape,Reamplify)APD型光接收模块功能框图APD/TIAMAAPD/TIAMACDR3R功能(Reshape,Reamplify,Retime)2R功能(Reshape,Reamplify)HighVoltageGenerationHighVoltageGeneration光收发合一模块(Transceiver)功能框图TOSADriverROSAMAAPC/AECLOSRxPowerTxPowerTxDisableDataInDataOutOpticalInOpticalOut带数字诊断功能(DDM)光收发合一模块功能框图TOSADriverROSAMAAPC/AECLOSTxDisableDataInDataOutOpticalInOpticalOutMCU＋EEPROMI2C数字诊断(DDM)模块特点光收发合一模块(XFP)功能框图TOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisableDataInDataOutOpticalInOpticalOutMCU＋EEPROMI2CCDRCDRTransponder模块功能框图TOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisable16路并行DataIn16路并行DataOutOpticalInOpticalOutMCU＋EEPROMI2CMUXDeMUXTDM:TimeDivisionMultiplex时分多路复用TDMA:TimeDivisionMultipleAddress时分多路访问PON模块ONU光收发合一模块功能框图MDLD1490nm1310nmPDWDM突发式激光器驱动器前置放大器限幅放大器DataINBENINTFDataOUTSDONU光收发合一模块单纤双向光组件OLT光收发合一模块功能框图激光器驱动器MDLD1490nm1310nmPDWDM突发式前置放大器突发式限幅放大器DataINTDISINTFDataOUTResetINOLT光收发合一模块（选用）BOSA单纤双向光组件(Bi-DirctionalOpticalSubassembly)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/sSDH等级系列比特率STM-1155.52Mb/sSTM-4622.08Mb/sSTM-162.48832Gb/sSTM-649.95328Gb/s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－Smin－Pb－M）／Ｋ（K为光纤损耗系数、Pb是传输代价、M为功率裕量、Pmin发射最小光