CN101888272B - 一种无源光模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源光模块，包括单纤双向光组件和电路模块；所述电路模块包括一集成处理单元，所述集成处理单元具有：接收信号输入端、接收信号输出端、发射信号输入端、发射使能端及发射信号输出端；发射信号输出端连接有发射信号调制单元，进而连接双向光组件中的激光器；激光器的电源输入端还连接有包括两路可控开关电路的电源控制单元。本发明所述的无源光模块通过采用收发一体的电路实现方案，并搭配相应的***电路，从而降低了产品成本，减少了操作复杂度，提高了产品的可靠性。

Description

一种无源光模块

技术领域

本发明涉及一种无源光模块，尤其涉及一种光网络单元端用光模块，属于光通信技术领域。

背景技术

目前，光通信领域中使用的无源光收发一体模块大都采用发射机电路和接收机电路分别独立的芯片搭配电路实现方案，利用发射机电路将待发射的电信号调制到激光器中，通过激光器转换为光脉冲信号发射出去；利用接收机电路将光电探测器输出的接收信号进行限幅放大后向***设备返回相应的电信号。

这种分离实现方案由于需要至少两片芯片并搭配相应的***电路，不仅成本高，而且设计比较复杂，对电路的接地和浮地的处理比较困难，导致光模块电磁兼容(EMC)指标较低，不能满足对其越来越高的EMC性能要求，因此市场竞争力较弱，不便于推广使用。

发明内容

本发明针对现有技术中光收发一体模块因成本高、EMC性能低而导致产品市场竞争力较弱的问题，提供了一种无源光模块，通过采用收发一体的电路实现方案，并搭配相应的***电路，从而降低了产品成本，减少了操作复杂度，提高了产品的可靠性。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种无源光模块，包括外壳和支架，以及设置在外壳和支架所围成的空间内的光组件和电路板，其特征在于，所述电路板上设置有一集成处理单元，所述集成处理单元具有：

接收信号输入端，连接有接收信号耦合单元，进而连接双向光组件中的光电探测器；

接收信号输出端，连接有接收信号输出单元，以对外输出接收信号；

发射信号输入端，连接有发射信号输入单元，以输入待发射信号；

发射使能端，连接有发射使能单元，以输入发射使能信号；

发射信号输出端，连接有发射信号调制单元，进而连接双向光组件中的激光器；

激光器的电源输入端还连接有电源控制单元，电源控制单元包括有第一可控开关电路及第二可控开关电路；第一可控开关电路的电流输入端连接光模块发射电源，其控制端一方面通过泄放电路连接其电流输入端，另一方面连接第二可控开关电路的电流输入端。第一可控开关电路的电流输出端通过滤波电路连接激光器的电源输入端；第二可控开关电路的控制端连接光模块接收电源，其电流输出端接地。

如上所述的无源光模块，第一可控开关电路及第二可控开关电路可以采用MOS管来实现，具体为：第一可控开关电路包括一P沟道MOS管，第二可控开关电路包括一N沟道MOS管；P沟道MOS管的源极连接光模块发射电源，其栅极一方面连接N沟道MOS管的漏极，另一方面通过泄放电路连接P沟道MOS管的源极，P沟道MOS管的漏极通过滤波电路连接激光器的电源输入端；N沟道MOS管的栅极连接光模块接收电源，其源极接地。

如上所述的无源光模块，为保证激光器工作点的稳定性，泄放电路优选采用电阻和电容组成的并联电路来实现，用于泄放电路的开关脉冲信号。所述滤波电路可采用下述电路结构：包括电感和电阻组成的并联支路，以及连接在所述第一可控开关电路的电流输出端与地之间的滤波电容。

如上所述的无源光模块，为解决光模块在较长作用时间的发射使能信号作用下导致激光器误发光的问题，在发射信号正端输出信号线上增加有开关二极管。具体为：所述发射信号输出端包括正信号输出端和负信号输出端；正信号输出端一方面通过阻抗匹配电路接地，另一方面通过二极管连接激光器的电源输入端，二极管的负极连接正信号输出端；负信号输出端一方面通过阻抗匹配电路接地，另一方面连接激光器中的发光二极管的负极。

优选的，所述阻抗匹配电路为电阻和电容组成的串联电路。

如上所述的无源光模块，为便于存储光模块的所需的基本配置、补偿算法等信息，所述集成处理单元还具有串行总线端，串行总线端连接有存储单元。

优选的，所述存储单元采用E²PROM来实现。

如上所述的无源光模块，为将光模块内部的干扰通过外壳快速泄放、降低光模块的EMC性能，对光模块的结构作下述改进：一方面，支架在位于所述光组件的一端形成有光口，光口上方、沿光组件方向设置有盖板，所述盖板与所述外壳相接触；另一方面，电路板的上层和下层分别设置有若干个裸露焊盘；在所述外壳上设置有若干个与电路板上层的裸露焊盘相接触的压片，在所述支架上设置有若干个与电路板下层的裸露焊盘相接触的凸块。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

1、采用一集成处理单元同时完成光模块发射机电路和接收机电路的功能，实现收发一体的电路方案，容易解决发射机电路和接收机电路的接地和浮地问题，简化了电路结构，降低了电路设计复杂度，提高了光模块的EMC性能。

2、通过设置电源控制单元，实现光模块接收电源对光模块发射电源的控制，可以通过控制发射电源而控制激光器的工作状态，解决激光器因常发光而容易损坏的问题，提高了产品的可靠性。

3、通过在集成处理单元发射信号输出端的正信号输出端上串联二极管进行单向导通，在切断激光器的供电电源后，发射信号不能再调制到激光器上，从而解决了在较长作用时间的发射使能信号作用下，即使在切断激光器的供电电源后仍可能出现激光器发光而导致的***误操作问题，保证了光模块的正常通信，提高了产品的可靠性。

4、通过在光口上方、沿光组件方向设置盖板，形成闭环结构的光口，将光组件尽量密封起来，并通过盖板与外壳的接触，可将可能存在的对光组件的干扰以最短的路径引至外壳，通过外壳快速泄放；同时，闭环结构同亦对模块内高频信号起到很好的屏蔽作用，从而提高光模块的EMC性能。通过在电路板上设置裸露焊盘，并在外壳及支架上设置可与裸露焊盘相接触的结构，可将电路板上的干扰信号以最短路径通过外壳泄放，进一步提高光模块的EMC性能。

结合附图阅读本发明具体实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明无源光模块一个实施例的结构示意图；

图2是图1实施例中电路板的电路工作原理示意图；

图3是图2中电路模块的原理框图；

图4是图2中电路模块的电路连接图；

图1中各附图标记及其对应的部件名称如下：

1、电路板；11、焊盘；2、插针组件；3、插针组件；4、卡爪；5、支架；51、光口；52、盖板；53、凸块；6、外壳；61、压片；7、尾塞；8、条形码标签；9、标签；10、光组件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

图1至图4示出了本发明无源光模块的一个实施例，其中，图1为该实施例的结构示意图，图2为实施例中电路板的电路工作原理示意图，图3和图4则分别为电路组成中电路模块的原理框图和电路连接图。

如图1所示，该实施例的无源光组件包括外壳6和支架5，两者扣合在一起围成一个空间，在该空间内设置有光组件10及电路板1。插针组件2和3一方面连接到电路板1上的对应电路端子，另一方面穿出外壳6及支架5所形成的空间，用于和光模块外部的***电路相连接，以传输电信号。外壳6上设置有标注光模块型号及性能等参数的条形码标签8及标签9。光组件10通过卡爪4与电路板1并排设置在支架5上，支架5在位于光组件10的一端形成有光口51，光组件10通过光口51与光纤连接，实现光信号的传输。在图1中，尾塞7作为防尘部件，设置在光组件10的前端，以防止光组件10的光端面受到污染。

该实施例为将光模块内外部的干扰通过外壳快速泄放、提高光模块的EMC性能，对光模块的结构作了下述改进：

一方面，在支架5的光口51上方、沿光组件10的方向设置有盖板52，盖板52与支架5合为一体，且光模块组装后，盖板52与外壳6相接触。盖板52与光口51结合，形成闭环式的结构，将光组件尽量密封起来，并通过盖板52与外壳6的接触，将可能存在的对光组件10的干扰以最短的路径引至外壳6并快速泄放。同时，这种闭环结构亦对光模块内的高频信号起到很好的屏蔽作用，从而提高了光模块的EMC性能。盖板52与光口51及支架5可一体成型，也可以分体成型。

另一方面，在电路板1的上层和下层分别设置有若干个裸露焊盘11；在6外壳上设置有若干个与电路板上层的裸露焊盘相接触的压片61，在支架5上设置有若干个与电路板下层的裸露焊盘相接触的凸块53。这样一来，电路板1与外壳6及支架5充分接触，且支架5又与外壳6相扣合，从而可将电路板1上的干扰信号以最短路径通过外壳6泄放，进一步提高了光模块的EMC性能。

电路板1上所设置的裸露焊盘11的数量可根据光模块实际性能指标来设定，例如，可在其上层设置3个，在下层设置3个。相应的，在外壳6上对应设置3个压片，与电路板1上层的焊盘相接触；在支架5上设置3个凸块，与电路板1下层的焊盘相接触。

图2所示为图1实施例中电路板1的电路工作原理示意图。如图2所示，该实施例的电路板上设置有电路模块，电路模块中包括有发射驱动与调制电路、限幅放大电路及无光告警电路，利用同一电路模块完成接收机电路及发射机电路的光电信号转发功能。在无源光模块应用于通信***中时，***设备发出的待发射电信号经发射驱动与调制电路调制到单纤双向光组件中的激光器中，并经激光器转换成光脉冲在光纤链路中传输。无源光模块从光纤链路中接收到光信号，经单纤双向光组件中的光电探测器转换成电信号传输至电路模块中，经限幅放大电路处理后向***设备返回接收电信号。

上述电路模块采用一集成处理单元及相匹配的***电路来实现，其原理框图如图3所示。

在图3中，该实施例的电路模块包括集成处理单元1，其具有接收信号输入端a、接收信号输出端b、发射信号输入端c、发射使能端d、发射信号输出端e及串行总线端f。

接收信号输入端a连接有接收信号耦合单元8，进而通过接收信号耦合单元8连接双向光组件中的光电探测器7。

接收信号输出端b连接有接收信号输出单元9，以对外输出与光电探测器7所接收信号相对应的接收电信号。

发射信号输入端c连接有发射信号输入单元2，以将待发射的电信号输入至集成处理单元1中进行处理。

发射使能端d连接有发射使能单元3，可将***设备发出的发射使能信号输入至集成处理单元1中进行发射使能。

发射信号输出端e连接有发射信号调制单元4，进而通过发射信号调制单元4连接单纤双向光组件中的激光器5，可将待发射信号调制至激光器5中并发射出去。

串行总线端f连接有存储单元10，存储单元10中存储有光模块正常运行所需的基本配置信息、温度补偿算法信息等，在集成处理单元1工作过程中，存储单元10可通过串行总线端f将相应的信息数据传输至集成处理单元1中。

激光器5的电源输入端还连接有电源控制单元6，用于控制激光器5的供电电源，进而控制激光器5的工作状态。

该实施例采用一集成处理单元同时完成光模块发射机电路和接收机电路的功能，实现收发一体的电路方案。由于采用同一处理单元，容易解决发射机电路和接收机电路的接地和浮地问题，简化了电路结构，降低了电路设计复杂度，提高了光模块的EMC性能。

图4示出了图2电路模块的具体电路连接图。

如图4所示，集成处理单元包括一集成芯片U1。U1的发射信号输入端Pin11和Pin12通过电容C7、C8及电阻R10组成的发射信号输入单元接收***设备的待发射差分电信号。

U1的使能端Pin14和Pin15通过电阻R13、R14、R15及R16组成的发射使能单元接收***设备发出的发射使能信号。

U1的发射信号输出端包括正信号输出端Pin22和负信号输出端Pin21。正信号输出端Pin22一方面通过电阻R7和电容C4组成的阻抗匹配电路接地，另一方面通过二极管VD直接或再串联电阻R5连接激光器TA1的电源输入端，即TA1的Pin1。其中，二极管VD的负极连接正信号输出端Pin22，二极管的正极连接TA1的Pin1。U1的负信号输出端Pin21一方面通过电阻R8和电容C5组成的阻抗匹配电路接地，另一方面连接激光器TA1中发光二极管的负极，也即TA1的Pin3。

为实现对激光器TA1的电源控制，在激光器TA1的Pin1电源输入端连接有包括第一可控开关电路和第二可控开关电路的电源控制单元。

电源控制单元的具体电路结构为：第一可控开关电路包括一P沟道MOS管T1，第二可控开关电路包括一N沟道MOS管T2。T1的源极S连接光模块发射电源VDD_TX，其栅极G一方面连接T2的漏极D，另一方面通过电阻R2和电容C2并联形成的泄放电路连接T1的源极S，T1的漏极D通过电感L1、电阻R1及电容C1组成的滤波电路连接激光器TA1的电源输入端Pin1。T2的栅极G直接或通过电阻R3连接光模块接收电源VDD_RX，而T2的源极S接地。

利用上述电路结构的电源控制单元，在光模块接收电源VDD_RX有效时，T2导通。此时，若光模块发射电源VDD_TX有效，T1导通，可为激光器TA1提供供电电源；若切断光模块发射电源VDD_TX，T1截止，断开激光器的供电电源。而在光模块接收电源VDD_RX无效时，T2截止；此时，不管光模块发射电源VDD_TX是否有效，均不能使激光器TA1发光。利用该电源控制单元，一方面可以实现光模块接收电源对光模块发射电源的控制，在接收端正常工作时，可以独立控制发射端的工作情况，从而解决因不能控制发射电源而导致激光器长发光的问题；另一方面利用泄放电路泄放开关脉冲信号，可以保证激光器工作点的稳定性，从而提高了光模块的可靠性。

需要说明的是，本领域普通技术人员能够理解，上述实施例中的第一可控开关电路及第二可控开关电路除采用P沟道MOS管及N沟道MOS管的组合来实现之外，也可以采用其他各种不同类型的MOS管、晶体三极管等的不同组合来实现，只要能实现与上述实施例相同的控制过程即可。对于可控开关电路的连接关系，本发明权利要求中所概括的可控开关电路的电流输入端、电流输出及控制端应当如此理解：对于P沟道MOS管，电流输入端为其源极S，电流输出端为其漏极D，控制端为其栅极G；对于N沟道MOS管，电流输入端为其漏极D，电流输出端为其源极S，控制端为其栅极G；对于NPN型晶体三极管，电流输入端为其集电极c，电流输出端为其发射极e，控制端为其基极b；而对于PNP型晶体三极管，电流输入端为其发射极e，电流输出端为其集电极c，控制端为其基极b。

该实施例通过在U1正信号输出端Pin22上串联二极管VD进行单向导通，在切断激光器的供电电源VDD_TX后，发射信号不能再调制到激光器TA1上，从而解决了在较长作用时间的发射使能信号作用下、即使在切断激光器的供电电源后仍可能出现激光器发光而导致***误操作的问题，保证了光模块的正常通信，提高了产品可靠性。

在该实施例中，U1的接收信号输入端Pin28和Pin29通过电容C9、C10和C11组成的接收信号耦合单元连接双向光组件中的光电探测器U3，接收U3输出的接收差分信号，以对该信号进行限幅放大等处理。

U1的接收信号输出端Pin4和Pin5通过电容C16和C17组成的接收信号输出单元对外输出与U3所接收信号相对应的接收电信号，供***设备采集使用。

U1的I²C总线端Pin1和Pin32通过I²C总线连接有作为存储单元的E²PROMU2，在U2中存储有光模块正常运行所需的基本配置信息、温度补偿算法信息等，在U1工作过程中，U2可通过I²C总线将相应的信息数据传输至U1中。

当然，作为存储单元的U2除采用E²PROM之外，也可以采用MCU等具有存储功能的处理芯片来实现，但优选采用成本低的E²PROM。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无源光模块，包括外壳和支架，以及设置在外壳和支架所围成的空间内的光组件和电路板，其特征在于，所述电路板上设置有一集成处理单元，所述集成处理单元具有：

接收信号输入端，连接有接收信号耦合单元，进而连接双向光组件中的光电探测器；

接收信号输出端，连接有接收信号输出单元，以对外输出接收信号；

发射信号输入端，连接有发射信号输入单元，以输入待发射信号；

发射使能端，连接有发射使能单元，以输入发射使能信号；

发射信号输出端，连接有发射信号调制单元，进而连接双向光组件中的激光器；

激光器的电源输入端还连接有电源控制单元，电源控制单元包括有第一可控开关电路及第二可控开关电路；第一可控开关电路的电流输入端连接光模块发射电源，其控制端一方面通过泄放电路连接其电流输入端，另一方面连接第二可控开关电路的电流输入端，第一可控开关电路的电流输出端通过滤波电路连接激光器的电源输入端；第二可控开关电路的控制端连接光模块接收电源，其电流输出端接地。

2.根据权利要求1所述的无源光模块，其特征在于，所述第一可控开关电路包括一P沟道MOS管，所述第二可控开关电路包括一N沟道MOS管；P沟道MOS管的源极连接光模块发射电源，其栅极一方面连接N沟道MOS管的漏极，另一方面通过泄放电路连接P沟道MOS管的源极，P沟道MOS管的漏极通过滤波电路连接激光器的电源输入端；N沟道MOS管的栅极连接光模块接收电源，其源极接地。

3.根据权利要求2所述的无源光模块，其特征在于，所述泄放电路为电阻和电容组成的并联电路。

4.根据权利要求2所述的无源光模块，其特征在于，所述滤波电路包括电感和电阻组成的并联支路，以及连接在所述第一可控开关电路的电流输出端与地之间的滤波电容。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的无源光模块，其特征在于，所述发射信号输出端包括正信号输出端和负信号输出端；正信号输出端一方面通过阻抗匹配电路接地，另一方面通过二极管连接激光器的电源输入端，二极管的负极连接正信号输出端；负信号输出端一方面通过阻抗匹配电路接地，另一方面连接激光器中的发光二极管的负极。

6.根据权利要求5所述的无源光模块，其特征在于，所述阻抗匹配电路为电阻和电容组成的串联电路。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的无源光模块，其特征在于，所述集成处理单元还具有串行总线端，串行总线端连接有存储单元。

8.根据权利要求7所述的无源光模块，其特征在于，所述存储单元为E²PROM。

9.根据权利要求1所述的无源光模块，其特征在于，所述支架在位于所述光组件的一端形成有光口，光口上方、沿光组件方向设置有盖板，所述盖板与所述外壳相接触。

10.根据权利要求9所述的无源光模块，其特征在于，所述电路板的上层和下层分别设置有若干个裸露焊盘；在所述外壳上设置有若干个与电路板上层的裸露焊盘相接触的压片，在所述支架上设置有若干个与电路板下层的裸露焊盘相接触的凸块。

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