CN104467972A - 100g qsfp28 sr4并行光收发模块及其封装方法 - Google Patents

Abstract

100G QSFP28 SR4并行光收发模块通过第一时钟数据恢复模块对100G电信号进行数据恢复处理，使得阵列驱动模块在对进行数据恢复处理之后的电信号继续调制解调后，能够驱动激光发射模块将电信号转换成光信号，再将光信号耦合到光纤上传输给光电转换模块，光电转换模块将接收的光信号转换成电信号，主控制端输出4路25G电信号经由光电转换模块转换成4路25G并行光信号，从而实现100G电信号以光信号的形式传播，无需采用光复用器，因此，使得100G QSFP28 SR4并行光收发模块的体积减小，且简化了制作工艺。此外，还提供一种100G QSFP28 SR4并行光收发模块的封装方法。

Description

100G QSFP28 SR4并行光收发模块及其封装方法

技术领域

本发明涉及并行光模块收发***，特别是涉及一种结构简单的100G QSFP28 SR4并行光收发模块及其封装方法。

背景技术

随着网络带宽的增长，10G速率已经不能满足通信数据的传输要求，电信网和数据中心等应用网络中100G传输速率成为了必然的解决方案。电接口和协议标准清晰、统一的情况下，开发100G QSFP+具有了应用上的可行性。具体的，在接入网上联端口和云计算数据中心数据交换等短距离传输中，100G并行光模块需要内置数据选择器和分路器，这使得成本较高，集成数据选择器和分路器的器件虽然传输距离远，但是工艺复杂，且可靠性不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种结构简单的100G QSFP28 SR4并行光收发模块。

一种100G QSFP28 SR4并行光收发模块，用于以光信号的形式传输100G信号；包括：第一时钟数据恢复模块、阵列驱动模块、激光发射模块、光电转换模块及电信号处理模块；

所述第一时钟数据恢复模块用于将输入的100G电信号进行数据恢复处理，并将处理后的电信号输出到所述阵列驱动模块，所述阵列驱动模块用于将接收的电信号进行调制解调处理，并将处理后的电信号输出到所述激光发射模块；所述激光发射模块用于将所述电信号转换成光信号，并耦合到光纤中；所述光信号经由光纤传输给所述光电转换模块，所述光电转换模块接收所述光信号后将所述光信号转换电信号，并将电信号输出给所述电信号处理模块；所述电信号处理模块用于将电信号依次进行电流转换电压、放大处理后输出到主控制端。

在其中一个实施例中，所述第一时钟数据恢复模块包括均衡调节器，所述均衡调节器用于将输入的100G电信号进行数据恢复处理，其中，所述100G电 信号分为4路输入，每路信号大小为25G。

在其中一个实施例中，所述阵列驱动模块包括阵列驱动芯片，所述阵列驱动芯片用于控制所述激光发射模块发光。

在其中一个实施例中，还包括输入跨阻放大器和输入限幅放大器；所述输入跨阻放大器用于将所述第一时钟数据恢复模块输出的100G电信号由电流信号转换为电压信号，并将转换后的电压信号输出给所述输入限幅放大器，所述输入限幅放大器用于将所述电压信号放大为所述激光发射模块可识别的电压信号。

在其中一个实施例中，还包括FAULT检测模块、BIAS电流加载模块、信号检测模块、第一预加重模块和第一串行控制模块，分别对所述第一时钟数据恢复模块输出的100G电信进行FAULT检测、BIAS电流加载、信号检测、预加重、串行控制处理。

在其中一个实施例中，所述激光发射模块包括垂直腔面激光发射器阵列。

在其中一个实施例中，所述光电转换模块包括光电导体阵列，所述光电导体阵列用于将经由光纤传输的光信号转换为电流信号。

在其中一个实施例中，所述电信号处理模块包括输出跨阻放大器和输出限幅放大器，所述输出跨阻放大器用于将所述光电导体阵列输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号输出给所述输出限幅放大器，所述输出限幅放大器用于将所述电压信号转换为主控制端可接收的电压信号。

在其中一个实施例中，还包括LOS信号检测模块、第二预加重模块和第二串行控制模块，分别对所述输出限幅放大器输出的电压信号进行LOS信号检测、预加重和串行控制处理。

上述100G QSFP28 SR4并行光收发模块通过第一时钟数据恢复模块对100G电信号进行数据恢复处理，使得阵列驱动模块在对进行数据恢复处理之后的电信号继续调制解调后，能够驱动激光发射模块将电信号转换成光信号，再将光信号耦合到光纤上传输给光电转换模块，光电转换模块将接收的光信号转换成电信号，因而，主控制端输出的电信号经由光电转换模块转换成光信号，从而实现100G电信号以光信号的形式传播，无需采用光复用器，因此，使得100G  QSFP28 SR4并行光收发模块的体积减小，且简化了制作工艺。

此外，还提供一种结构简单的100G QSFP28 SR4并行光收发模块的封装方法。

一种100G QSFP28 SR4并行光收发模块的封装方法，包括将上述100G QSFP28 SR4并行光收发模块中的第一时钟数据恢复模块、阵列驱动模块、激光发射模块、光电转换模块及电信号处理模块压印于QSFP+SR4并行光模块的印刷电路板预留焊接口上，其中，所述激光发射模块、所述光电转换模块采用45°角耦合方式与光纤耦合，光纤45°角斜面贴附于所述激光发射模块及所述光电转换模块。

上述100G QSFP28 SR4并行光收发模块的封装方法通过压印的方式将第一时钟数据恢复模块、阵列驱动模块、激光发射模块、光电转换模块及电信号处理模块压印于QSFP+SR4并行光模块的印刷电路板预留焊接口的上，因此能够以有源耦合的方式实现QSFP+SR4并行光模块的发射端和接收断电光耦合，相对于传统的单独发射和接收芯片的无源耦合方式，上述方法简洁而直观，操作简便易于实现。

附图说明

图1为100G QSFP28 SR4并行光收发模块的模块图；

图2(a)为垂直腔面激光发射器阵列与光纤耦合示意图；

图2(b)为光电导体阵列与光纤耦合示意图。

具体实施方式

如图1所示，为100G QSFP28 SR4并行光收发模块的模块图。

一种100G QSFP28 SR4并行光收发模块，用于以光信号的形式传输100G信号；包括：第一时钟数据恢复模块101、阵列驱动模块102、激光发射模块103、光电转换模块104及电信号处理模块(图未示)。

所述第一时钟数据恢复模块101用于将输入的100G电信号进行数据恢复处 理，并将处理后的电信号输出到所述阵列驱动模块102，所述阵列驱动模块102用于将接收的电信号进行调制解调处理，并将处理后的电信号输出到所述激光发射模块103；所述激光发射模块103用于将所述电信号转换成光信号，并耦合到光纤中；所述光信号经由光纤传输给所述光电转换模块104，所述光电转换模块104接收所述光信号后将所述光信号转换电信号，并将电信号输出给所述电信号处理模块(图未示)；所述电信号处理模块(图未示)用于将电信号依次进行电流转换电压、放大处理后输出到主控制端105。

第一时钟数据恢复模块101包括均衡调节器，所述均衡调节器用于将输入的100G电信号进行数据恢复处理，其中，所述100G电信号分为4路输入，每路信号大小为25G。

所述阵列驱动模块102包括阵列驱动芯片，所述阵列驱动芯片用于控制所述激光发射模块103发光。

100G QSFP28 SR4并行光收发模块还包括输入跨阻放大器106和输入限幅放大器107；所述输入跨阻放大器106用于将所述第一时钟数据恢复模块101输出的100G电信号由电流信号转换为电压信号，并将转换后的电压信号输出给所述输入限幅放大器107，所述输入限幅放大器107用于将所述电压信号放大为所述激光发射模块103可识别的电压信号。

100G QSFP28 SR4并行光收发模块还包括FAULT检测模块、BIAS电流加载模块、信号检测模块、第一预加重模块和第一串行控制模块，分别对所述第一时钟数据恢复模块101输出的100G电信进行FAULT检测、BIAS电流加载、信号检测、预加重、串行控制处理。

激光发射模块103包括垂直腔面激光发射器阵列。

激光发射模块103用于将4路25G电信号对应转换成4路25G并行光信号。

光电转换模块104包括光电导体阵列，所述光电导体阵列用于将经由光纤传输的光信号转换为电流信号。

100G QSFP28 SR4并行光收发模块还包括输出跨阻放大器108和输出限幅放大器109，所述输出跨阻放大器108用于将所述光电导体阵列输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号输出给所述输出限幅放大器109，所述输出 限幅放大器109用于将所述电压信号转换为主控制端105可接收的电压信号。

100G QSFP28 SR4并行光收发模块还包括第二时钟数据恢复模块，第二时钟数据恢复模块用于对经过数次跨阻放大器108和输出限幅放大器109处理后的光信号进行数据恢复处理，并将处理后的光信号输出到主控制端105。

100G QSFP28 SR4并行光收发模块还包括LOS信号检测模块、第二预加重模块和第二串行控制模块，分别对所述输出限幅放大器输出的电压信号进行LOS信号检测、预加重和串行控制处理。

基于上述所有实施例，100G QSFP28 SR4并行光收发模块的工作原理如下：

在本实施例中，由于传输的是100G电信号，一般将100G电信号分为4路电信号，即4*25G电信号的传输。因此，采用ASIC(Application Specific Integrated Circuits，专用集成电路)Serdes(SERializer串行器/DESerializer解串器)为CEI-28G-VSR接口。发射端TX通过QSFP的转换输出4路25G光信号，接收端RX接收4路25G光信号通过QSFP的转换输出4路25G电信号，实现100信号的光电转换。

在传输过程中，为了将100G电信号以光信号的形式传输，因此，将电信号依次进行电光转换、光电转换。

具体的，在发射端对电信号进行调制解调后加载到光纤中。由于一般用于短距离传输，因此采用多模光纤850nm激光直接调制的方式。多模光纤的芯径较大有利于将光信号耦合到光纤中。在电信号转换光信号的过程中，采用4路阵列驱动芯片控制垂直腔面激光发射器阵列发光，即将电信号转换为光信号。然后将光信号耦合到多模光纤中传输。

在通过光纤将光信号传输到光电导体阵列中后，即接收端需要对光信号进行调制解调，通过光电导体阵列的光电效应原理将光信号转换为微弱的电流信号。然后经过输出跨阻放大器108将电流信号转换为电压信号，再经过输出限幅放大器109对电压信号进行限幅放大转换成主控制端105能够接收到的电信号。因此，能够实现QSFP+SR4并行光模块的4路25G高速信号传输。

在电光转换过程中，QSFP+SR4并行光模块还包括MCU控制电路，MCU控制电路用于对QSFP+SR4并行光模块进行接口控制和数字诊断监控。数字诊 断监控包括发射光功率、接收光功率、BIAS电流、温度、电源电压等参数的监控，使得主控制端105能够有效获取QSFP+SR4并行光模块的性能特征。

MCU控制电路采用芯片ADUC7020，包含***的电路和底层软件，用于实现主控制端105与QSFP+SR4并行光模块的I2C通信，满足QSFP+SR4并行光模块的数字诊断监控和QSFP+SR4并行光模块的接口控制功能。模拟串行控制接口调节发射驱动电路和接收放大电路进而调试QSFP+SR4并行光模块参数，满足100G光模块传输指标要求。

上述100G QSFP28 SR4并行光收发模块通过第一时钟数据恢复模块101对100G电信号进行数据恢复处理，使得阵列驱动模块102在对进行数据恢复处理之后的电信号继续调制解调后，能够驱动激光发射模块103将电信号转换成光信号，再将光信号耦合到光纤上传输给光电转换模块104，光电转换模块104将接收的光信号转换成电信号，主控制端105输出的4路25G电信号经由光电转换模块104转换成光信号发送给电信号处理模块(图未示)处理后输出到主控制端105，具体为，转换成4路25G并行光信号后输出到光纤中进行传输，从而实现100G电信号以光信号的形式传播，无需采用光复用器，因此，使得100G QSFP28 SR4并行光收发模块的体积减小，且简化了制作工艺。

基于上述所有实施例，一种100G QSFP28 SR4并行光收发模块的封装方法，包括将上述100G QSFP28 SR4并行光收发模块中的第一时钟数据恢复模块101、阵列驱动模块102、激光发射模块103、光电转换模块104及电信号处理模块(图未示)压印于QSFP+SR4并行光模块的印刷电路板预留焊接口上，其中，所述激光发射模块103、所述光电转换模块104采用45°角耦合方式与光纤耦合，光纤45°角斜面贴附于所述激光发射模块103及所述光电转换模块104。

QSFP+SR4并行光模块具有体积小的优点，但是对于4路高速信号的电路接口芯片来讲，封装技术要求更高。一般的集成芯片体积太大，不能焊接于印刷电路板上。因此，在本实施例中，采用裸片的封装形式压印在印刷电路板上。阵列驱动芯片、垂直腔面激光发射器阵列、光电导体阵列、跨阻放大器、限幅放大器必须选择没有封装引脚的裸片来实现。具体的，采用金线将阵列驱动芯片、垂直腔面激光发射器阵列、光电导体阵列、跨阻放大器、限幅放大器与印 刷电路板上的接口焊盘连接。优选的，采用在QSFP+SR4并行光模块的印刷电路板上直接预留压印焊盘接口，同时将垂直腔面激光发射器阵列、光电导体阵列置于QSFP+SR4并行光模块的印刷电路板上的模式来实现芯片压印和光耦合。上述方法有效采用有源耦合的方式来实现QSFP+SR4并行光模块的发射和接收的光耦合，相较于单独发射和接收芯片的无源耦合方式，上述方法简洁而直观，操作简单易实现。

在本实施例中，要实现QSFP+SR4并行光模块的光传输功能，必须将发射端转换的光信号耦合到光纤传输，接收端的光信号光耦合到光电导体阵列。也就是从发射端的垂直腔面激光发射器阵列发出的光耦合到的光纤中。从接收端的光纤接收到的光耦合到光电导体阵列中。如图2(a)和图2(b)所示，采用45度角FA(Fiber Array)耦合的方法，通过光纤端面为45度角斜面的光纤阵列连接垂直腔面激光发射器阵列、光电导体阵列。通过全反射原理将垂直腔面激光发射器阵列发射的光耦合到光纤中发射出去。把光纤接收的光耦合到光电导体阵列中，其45度角光纤斜面位于垂直腔面激光发射器阵列和光电导体阵列上方并紧贴着。

上述100G QSFP28 SR4并行光收发模块的封装方法通过压印的方式将第一时钟数据恢复模块101、阵列驱动模块102、激光发射模块103、光电转换模块104及电信号处理模块(图未示)压印于QSFP+SR4并行光模块的印刷电路板预留焊接口的上，因此能够以有源耦合的方式实现QSFP+SR4并行光模块的发射端和接收断电光耦合，相对于传统的单独发射和接收芯片的无源耦合方式，上述方法简洁而直观，操作简便易于实现。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种100G QSFP28SR4并行光收发模块，用于以光信号的形式传输100G信号；其特征在于，包括：第一时钟数据恢复模块、阵列驱动模块、激光发射模块、光电转换模块及电信号处理模块；

所述第一时钟数据恢复模块用于将输入的100G电信号进行数据恢复处理，并将处理后的电信号输出到所述阵列驱动模块，所述阵列驱动模块用于将接收的电信号进行调制解调处理，并将处理后的电信号输出到所述激光发射模块；所述激光发射模块用于将所述电信号转换成光信号，并耦合到光纤中；所述光信号经由光纤传输给所述光电转换模块，所述光电转换模块接收所述光信号后将所述光信号转换电信号，并将电信号输出给所述电信号处理模块；所述电信号处理模块用于将电信号依次进行电流转换电压、放大处理后输出到主控制端。

2.根据权利要求1所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，所述第一时钟数据恢复模块包括均衡调节器，所述均衡调节器用于将输入的100G电信号进行数据恢复处理，其中，所述100G电信号分为4路输入，每路信号大小为25G。

3.根据权利要求1所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，所述阵列驱动模块包括阵列驱动芯片，所述阵列驱动芯片用于控制所述激光发射模块发光。

4.根据权利要求3所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，还包括输入跨阻放大器和输入限幅放大器；所述输入跨阻放大器用于将所述第一时钟数据恢复模块输出的100G电信号由电流信号转换为电压信号，并将转换后的电压信号输出给所述输入限幅放大器，所述输入限幅放大器用于将所述电压信号放大为所述激光发射模块可识别的电压信号。

5.根据权利要求3所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，还包括FAULT检测模块、BIAS电流加载模块、信号检测模块、第一预加重模块和第一串行控制模块，分别对所述第一时钟数据恢复模块输出的100G电信进行FAULT检测、BIAS电流加载、信号检测、预加重、串行控制处理。

6.根据权利要求1所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，所述激光发射模块包括垂直腔面激光发射器阵列。

7.根据权利要求1所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，所述光电转换模块包括光电导体阵列，所述光电导体阵列用于将经由光纤传输的光信号转换为电流信号。

8.根据权利要求7所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，所述电信号处理模块包括输出跨阻放大器和输出限幅放大器，所述输出跨阻放大器用于将所述光电导体阵列输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号输出给所述输出限幅放大器，所述输出限幅放大器用于将所述电压信号转换为主控制端可接收的电压信号。

9.根据权利要求8所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块，其特征在于，还包括LOS信号检测模块、第二预加重模块和第二串行控制模块，分别对所述输出限幅放大器输出的电压信号进行LOS信号检测、预加重和串行控制处理。

10.一种100G QSFP28SR4并行光收发模块的封装方法，其特征在于，包括将权利要求1-9任意一项所述的100G QSFP28SR4并行光收发模块中的第一时钟数据恢复模块、阵列驱动模块、激光发射模块、光电转换模块及电信号处理模块压印于QSFP+SR4并行光模块的印刷电路板预留焊接口上，其中，所述激光发射模块、所述光电转换模块采用45°角耦合方式与光纤耦合，光纤45°角斜面贴附于所述激光发射模块及所述光电转换模块。