CN101726810A - 高速低功耗长距离传输用SFPplus光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速低功耗长距离传输用SFP+光模块，包括电接口、光纤输入输出接口、SFP+光模块内的EML激光器组件以及光探测器组件，还包括连接于SFP+光模块电接口与EML激光器组件之间的DML激光器驱动模块，用于驱动EML激光器组件；还包括微控制器连接SFP+光模块电接口以及DML激光器驱动模块。从多个方面做出改进，降低了光模块的功耗、提高了精度。

Description

高速低功耗长距离传输用SFPplus光模块
技术领域
本发明涉及光纤数据通讯及电信通讯中的光电转换器件领域，特别是高速低功耗长距离传输用SFP+光模块。
背景技术
作为光纤通信网的核心器件，光模块推动了干线光传输***向低成本，大容量，低功耗的方向发展，使得光网络的配置更加完备合理，体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高。光模块是由光电子器件，功能电路和光电接口等结构件组成，光电子器件包括发射和接收两部分：对于不同的应用，发射部分包括LED，VCSEL，FP，DFB，和EML等几种光源，接收部分包括PIN和APD两种类型光探测器。对于用于大容量长距离光传输***用的高速光模块，光源需要采取制冷的EML激光器组件以及高功耗的EML激光驱动器，这样，整个高速光模块的功耗很难降低。另外，由于目前市场上的温度控制器的功耗也很高，尤其是其效率在低的制冷电流下非常低，导致整个光模块的功耗进一步增大。
特别是SFP+光模块中采用EML激光器驱动模块驱动EML激光器组件，EML激光器驱动模块产生较大功耗；EML激光器组件的温度调节是在全温条件下将EML激光器设定在一个温度T下，通过高温制冷，低温加热的方式实现全温下激光器工作在T温度，这样温差越大，需要加热或者制冷的程度越高，所消耗的功率越大。EML激光器的偏置电流输入采用MOS管的直流电流源，为了限制电流的大小，需要串联一个限流电阻，这个限流电阻将浪费电源的功耗，直接采用电源电压也使得功耗难以降低。以上技术方案均是造成现有SFP+光模块高功耗的原因。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能够有效降低功耗的高速低功耗长距离传输用SFP+光模块。
本发明的高速低功耗长距离传输用SFP+光模块通过下述技术方案予以实现：
高速低功耗长距离传输用SFP+光模块，包括电接口、光纤输入输出接口、SFP+光模块内的EML激光器组件以及光探测器组件，还包括微控制器以及连接于SFP+光模块电接口与EML激光器组件之间的低功耗DML激光器驱动模块，用于驱动EML激光器组件；现有SFP+光模块中采用EML激光器驱动模块驱动EML激光器组件，EML激光器驱动模块产生较大功耗，本发明中采用低功耗DML激光器驱动模块代替EML激光器驱动模块来驱动EML激光器组件，以求达到降低功耗的效果；以适当的阻抗匹配电路最大效率地调制EML激光器组件的电吸收调制器；
DML激光器驱动EML激光器组件受微处理器的控制，在微处理器的控制下调节交叉点，控制输出电压幅度以及预加重的功能，实现驱动EML激光器组件的功能。
作为本发明的一种改进，特别是为了进一步降低功耗，还可作出如下改进：所述EML激光器组件采用半制冷方式，将EML激光器组件的工作温度范围划分为两个及以上温度区间，每一温度区间对应一个区间内的设定温度值，微控制器通过ADC采样EML激光器内部热敏电阻的电压，从而探测激光器内部的温度，判断属于哪一个温度区间，微控制器通过温度控制电路设定EML激光器组件的温度为该温度区间对应的设定温度值，并通过温度控制电路将EML激光器温度锁定在所设定的温度范围内。EML激光器的最佳工作是在常温，对于商业应用来说，要能工作在-5摄氏度到70摄氏度，所以必须在低温时加热激光器，高温时制冷激光器，现有的做法是全温条件下将EML激光器设定在一个温度T下，通过高温制冷，低温加热的方式实现全温下激光器工作在T温度，这样温差越大，需要加热或者制冷的程度越高，所消耗的功率越大。本发明将激光器设定在几个温度比如T1，T2，T3，T2为常温，T1靠近低温，T3靠近高温，这样在温度较低的情况下激光器工作在T1温度，温度较高的情况下工作在T3温度，缩小了温差，加热制冷所耗的功率就比较小。通过划分成多个温度区间并设对应目标温度值，降低温度需要调节的幅度，从而降低功耗。
为保证EML激光器组件准确地工作在设定的温度下，采用软件PID算法控制高效率DC/DC转换器的方式实现自动调整。PID控制环就是利用自动控制原理，将EML激光器内采集到的温度反馈给微处理器，微处理器将这个温度和设定的工作温度进行比较，并根据比较的情况去对温度控制电路做相应的调整，温度控制电路根据微处理器的输出去控制EML激光器的制冷加热器，使工作温度尽量靠近设定温度，即激光器工作在给定的温度条件下。
采用脉宽调制偏置电流产生电路提供EML激光器的偏置电流输入，微处理器输出控制PWM脉宽调制偏置电流产生电路的DC/DC转换器，根据需要输出占空比不同的信号，再经滤波电路处理后为EML激光器提供偏置电流。现有技术中，EML激光器的偏置电流输入采用MOS管的直流电流源，为了限制电流的大小，需要串联一个限流电阻，这个限流电阻将浪费电源的功耗，直接采用电源电压也使得功耗难以降低，本发明采用了低功耗的DC/DC转换器提供EML激光器精密直流恒流电流源。
本发明的高速低功耗长距离传输用SFP+光模块与现有技术相比，有如下积极效果：
本发明的高速低功耗长距离传输用SFP+光模块，从多个方面做出改进，降低了光模块的功耗、提高了精度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本实施例的高速低功耗长距离传输用SFP+光模块，如图1所示，包括电接口、光纤输入输出接口、SFP+光模块内的EML激光器组件以及光探测器组件，还包括连接于SFP+光模块电接口与EML激光器组件之间的DML激光器驱动模块，用于驱动EML激光器组件；还包括用于实现模块各项功能的微控制器；本发明中采用低功耗DML激光器驱动模块代替EML激光器驱动模块来驱动EML激光器组件，以求达到降低功耗的效果；
EML激光器组件采用半制冷方式，EML激光器的最佳工作是在常温，对于商业应用来说，要能工作在-5摄氏度到70摄氏度，将激光器设定在3个温度比如5摄氏度，20摄氏度，40摄氏度，这样在温度较低的情况下即10摄氏度以下，激光器工作在5摄氏度；温度在10摄氏度到30摄氏度时设定工作温度为20摄氏度；温度较高的情况下即30摄氏度以上时，工作在40摄氏度，缩小了变换温差，加热制冷所耗的功率就比较小。
采用软件PID算法控制高效率DC/DC转换器的方式自动调整EML激光器组件的工作温度，将EML激光器内采集到的温度反馈给微处理器，微处理器将这个温度和设定的工作温度进行比较，并根据比较的情况去对温度控制电路做相应的调整，温度控制电路根据微处理器的输出去控制EML激光器的制冷加热器，使工作温度尽量靠近设定温度，即激光器工作在给定的温度条件下。
软件PID算法：EML激光器内部温度通过热敏电阻阻值表示，根据ADC采样EML激光器的热敏电阻算出其温度并与设置的温度进行比较，将差值进行比例积分和微分处理，并将处理的结果用于控制DAC输出。DC/DC转换器根据DAC输入值转换成输出电压，并作用于EML激光器的电偶，控制电偶上电流的方向和大小，从而达到加热或制冷激光器的目的。
采用脉宽调制偏置电流产生电路提供EML激光器的偏置电流输入，脉宽调制偏置电流产生电路就是DC/DC转换器加上滤波网络。微处理器输出控制PWM脉宽调制偏置电流产生电路的DC/DC转换器，根据需要输出占空比不同的信号，再经滤波电路处理后为EML激光器提供偏置电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.高速低功耗长距离传输用SFPplus光模块，包括电接口、光纤输入输出接口、SFP+光模块内的EML激光器组件以及光探测器组件，其特征在于：还包括微控制器以及连接于SFP+光模块电接口与EML激光器组件之间的低功耗DML激光器驱动模块，用于驱动EML激光器组件。
2.根据权利要求1所述的高速低功耗长距离传输用SFPplus光模块，其特征在于：所述EML激光器组件采用半制冷方式，将EML激光器组件的工作温度范围划分为两个及以上温度区间，每一温度区间对应一个区间内的设定温度值，微控制器通过ADC采样EML激光器内部热敏电阻的电压，从而探测激光器内部的温度，判断属于哪一个温度区间，微控制器通过温度控制电路设定EML激光器组件的温度为该温度区间对应的设定温度值，并通过温度控制电路将EML激光器温度锁定在所设定的温度范围内。
3.根据权利要求2所述的高速低功耗长距离传输用SFPplus光模块，其特征在于：为保证EML激光器组件准确地工作在设定的温度下，采用PID控制环的方式自动调整。
4.根据权利要求1所述的高速低功耗长距离传输用SFPplus光模块，其特征在于：采用脉宽调制偏置电流产生电路提供EML激光器的偏置电流输入。
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