CN109995437A - 光通信收发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光通信收发装置，包括时钟数据恢复模块、发射模块、接收模块和控制模块。时钟数据恢复模块用于接收多路第一电信号，并对各路第一电信号分别进行时钟数据恢复处理，以及将处理后的各路第一电信号输出至发射模块；发射模块用于将处理后的各路第一电信号分别转换为第一光信号，并发射转换后的各路第一光信号；接收模块用于接收多路第二光信号，并将各路光信号分别转换为第二电信号，以及将各路第二电信号输出至时钟数据恢复模块；时钟数据恢复模块还用于将各路第二电信号分别进行时钟数据恢复处理，并输出处理后的多路第二电信号；控制模块用于监测所述时钟数据恢复模块，并通过时钟数据恢复模块控制所述发射模块和接收模块。

Description

光通信收发装置
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种光通信收发装置。
背景技术
光纤收发信机作为一种光通信收发装置，其作用是将电信号转换为光信号，并经过光纤传输到远端；以及将光纤传输来的光信号转换为电信号，从而实现通信。对现今的电子技术来说，为满足高速增长的大数据处理需求，如何提升光纤收发信机的传输带宽成为了业界关注的焦点。
目前，提升光纤收发信机的传输带宽的方式包括两种：提高单一通道电信号的传输比特率和通过多路电信号复用合成一路高比特率的信号去传输。其中，提高单一通道电信号的比特率的方式显然这是最直接高效，但到50Gbps甚至到100Gbps的应用，从电学上很难去解决信号完整性，也就是信号在传输过程的畸变、失真、衰耗；对PCB材料要求、加工工艺、甚至整体PCB设计都有很大的局限性。通过多路电信号复用合成一路高比特率的信号去传输这方式，虽然高阶调制能有效的解决提高单一通道电信号的比特率的方式的技术难点，但是整个复用合成的过程需要用到DSP和高速ADC和DAC去实现，增加了整个光纤收发信机的功耗和成本，尤其是功耗增加对整体的散热设计也带来了新的要求。
发明内容
基于此，有必要针对多路电信号复用引起的高功耗问题，提供一种光通信收发装置。
一种光通信收发装置，包括时钟数据恢复模块、发射模块、接收模块和控制模块；
所述时钟数据恢复模块分别连接控制模块、发射模块和接收模块；
所述时钟数据恢复模块用于接收多路第一电信号，并对各路第一电信号分别进行时钟数据恢复处理，以及将处理后的各路第一电信号输出至所述发射模块；
所述发射模块用于将处理后的各路第一电信号分别转换为第一光信号，并发射转换后的各路所述第一光信号；
所述接收模块用于接收多路第二光信号，并将各路光信号分别转换为第二电信号，以及将各路所述第二电信号输出至时钟数据恢复模块；
所述时钟数据恢复模块还用于将各路所述第二电信号分别进行时钟数据恢复处理，并输出处理后的多路第二电信号；
所述控制模块用于监测所述时钟数据恢复模块，并通过时钟数据恢复模块控制所述发射模块和接收模块。
在其中一个实施例中，所述时钟数据恢复模块包括发射端时钟数据恢复单元和接收端时钟数据恢复单元；
所述发射端时钟数据恢复单元用于接收所述多路第一电压信号，并进行时钟数据恢复处理，以及将处理后的各路第一电压信号输出至所述发射模块；
所述接收端时钟数据恢复单元用于接收各路所述第二电压信号，并进行时钟数据恢复处理，以及输出处理后的多路第二电压信号。
在其中一个实施例中，所述发射模块包括激光器驱动单元和激光器单元；
所述激光器驱动单元分别连接所述发射端时钟数据恢复单元和所述激光器单元；
所述激光器驱动单元用于根据所述处理后的各路第一电信号驱动所述激光器单元运行；
所述激光器单元用于将所述各路第一电信号分别转换为第一光信号，并发射转换后的各路所述第一光信号。
在其中一个实施例中，所述激光器单元为垂直腔面发射激光器阵列。
在其中一个实施例中，所述接收模块包括信号放大单元和光电探测单元；
所述光电探测单元用于接收多路第二光信号，并将各路第二光信号分别转换为第二电信号，以及将各路所述第二电信号输出至所述信号放大单元；
所述信号放大单元用于将各路所述第二电信号进行放大处理，并将处理后的各路所述第二电信号输出至所述接收端时钟数据恢复单元。
在其中一个实施例中，所述光电探测单元为光电二极管阵列；所述信号放大单元为限幅放大器。
在其中一个实施例中，所述控制模块包括：
模数转换器，用于接收所述时钟数据恢复模块的多个所述第一电信号和第二电信号，并将所述第一电信号和第二电信号转换为数字信号；
存储器，用于存储所述数字信号；
比较器，用于将所述数字信号与一个或多个预设值进行比较，并将所述比较结果存储于存储器中；
控制器，用于根据所述存储器中存储的数字信号及比较结果监测所述时钟数据恢复模块，并通过时钟数据恢复模块控制所述发射模块和接收模块。
在其中一个实施例中，所述第一电信号的数量和所述第二电信号的数量均为8路，且各路处理25Gbps电信号。
一种光通信收发***，包括主机及上述的光通信收发装置；其中，
所述主机连接所述光通信收发装置，用于向所述光通信收发装置输入多路第一电信号，并接收来自所述光通信收发装置的多路第二电信号。
在其中一个实施例中，所述主机还与所述光通信装置中的控制模块连接，用于与所述控制模块进行数据通信。
上述光通信收发装置，通过多路电信号的并行电光转换，以及多路光信号的并行光电转换，实现了光信号的阵列并行收发，从而提升了光纤收发信机的传输带宽，避免了多通道电信号复用导致的高功耗和高成本的问题。
附图说明
图1为一实施例的光通信收发装置结构示意图；
图2为另一实施例的光通信收发装置结构示意图；
图3为一实施例的控制模块结构示意图；
图4为另一实施例的光通信收发装置结构示意图；
图5为一实施例的光通信收发***结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
图1为一实施例的光通信收发装置100。该光通信收发装置100包括时钟数据恢复模块110、发射模块120、接收模块130和控制模块140。其中，时钟数据恢复模块110分别连接控制模块140、发射模块120和接收模块130。时钟数据恢复模块110用于接收多路第一电信号10，并对各路第一电信号10分别进行时钟数据恢复处理，以及将处理后的各路第一电信号11输出至发射模块120。发射模块120用于将处理后的各路第一电信号11分别转换为第一光信号，并发射转换后的各路第一光信号。接收模块130用于接收多路第二光信号，并将各路光信号分别转换为第二电信号20，以及将各路第二电信号20输出至时钟数据恢复模块110。时钟数据恢复模块110还用于将各路第二电信号20分别进行时钟数据恢复处理，并输出处理后的多路第二电信号21。控制模块140用于监测时钟数据恢复模块110，并通过时钟数据恢复模块110控制发射模块120和接收模块130。
具体地，发射模块120通过阵列方式发射各个光信号，并通过光纤传输到远端光模块；接收模块130通过阵列方式接收远端光模块经光纤传输来的多路光信号。因此，上述光通信收发装置通过多路电信号的并行电光转换，以及多路光信号的并行光电转换，实现了光信号的阵列并行收发，从而提升了光纤收发信机的传输带宽，避免了多通道电信号复用导致的高功耗和高成本的问题。
在其中一个实施例中，如图2所示，时钟数据恢复模块110包括发射端时钟数据恢复单元111和接收端时钟数据恢复单元112。其中，发射端时钟数据恢复单元111用于接收多路第一电压信号10，并进行时钟数据恢复处理，以及将处理后的各路第一电压信号11输出至发射模块120。接收端时钟数据恢复单元112用于接收各路第二电压信号20，并进行时钟数据恢复处理，以及输出处理后的多路第二电压信号21。
在本实施例中，时钟数据恢复(Clock and Data Recovery，CDR)处理指：从带噪声数据中提取时钟信号、进而恢复出有用数据。一方面，发射端时钟数据恢复单元111用于对输入的多路第一电信号10进行时钟数据恢复处理，以消除多路第一电信号的抖动数据。另一方面，接收端时钟数据恢复单元112将接收到的各路第二电信号20分别从各路数据中提取时钟信息，并利用该时钟信息对数据进行“重定时”以消除传输过程中积累的抖动数据，减小误码率。
具体地，参见图2，发射模块120包括激光器驱动单元121和激光器单元122；激光器驱动单元121分别连接发射端时钟数据恢复单元111和激光器单元122。其中，激光器驱动单元121用于根据处理后的各路第一电信号11驱动激光器单元122运行。激光器单元122用于将各路第一电信号11分别转换为第一光信号，并发射转换后的各路第一光信号(TX1……TXn-1、TXn)。
进一步地，激光器单元122为垂直腔面发射激光器阵列。垂直腔面发射激光器阵列包括多个垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VSCEL)，每个垂直腔面发射激光器VSCEL分别与激光器驱动单元121连接，并且各个垂直腔面发射激光器分别发射一路光信号。此外，垂直腔面发射激光器VSCEL阵列采用分立的芯片，利用COB(chip on Board)工艺封装贴片在电路板上。
具体地，接收模块130包括信号放大单元131和光电探测单元132。光电探测单元132用于接收多路第二光信号(RX1……RXn-1、RXn)，并将各路第二光信号分别转换为第二电信号，以及将各路第二电信号输出至信号放大单元131。信号放大单元131用于将各路第二电信号进行放大处理，并将处理后的各路第二电信号20输出至接收端时钟数据恢复单元112。
进一步地，光电探测单元132为光电二极管阵列。信号放大单元131为限幅放大器。其中，光电二极管阵列包括多个光电二极管，每个光电二极管分别与信号放大单元连接131连接，并且各个光电二极管分别接收一路光信号，用于对该路的光信号进行光电转换处理。此外，光电二极管阵列采用分立的芯片，利用COB(chip on Board)工艺封装贴片在电路板上。
在其中一个实施例中，如图3所示，控制模块140包括：模数转换器141、存储器142、比较器143和控制器144。其中，模数转换器141用于接收时钟数据恢复模块110的多个第一电信号和第二电信号，并将第一电信号和第二电信号转换为数字信号。存储器142用于存储数字信号。比较器143将数字信号与一个或多个预设值进行比较，并将比较结果存储于存储器142中。控制器用于根据存储器142中存储的数字信号及比较结果监测时钟数据恢复模块110，并通过时钟数据恢复模块110控制发射模块120和接收模块130。
具体地，模数转换器141通过时钟数据恢复模块110接收来自激光器单元122和光电探测单元132的多个模拟信号(第一电信号和第二电信号)，通过模数转换电路将接收的模拟信号转换成数字信号，并将数字信号存储在存储器142内的预定位置。比较器143从存储器142获取上述数字信号，并将数字信号中的一个或多个与极限值进行比较，根据比较结果产生标记值并将标记值存储在存储器142内的预定位置。控制器144根据存储在存储器中的数字信号以及一个或多个标记值控制发射模块120中激光器单元122的发射工作，以及控制接收模块130中光电探测单元132的接收工作。
在其中一个实施例中，如图4所示，第一电信号的数量和第二电信号的数量均为8路，且各路处理25Gbps电信号，从而实现200G带宽的电信号传输。
进一步地，激光器单元122包括8个垂直腔面发射激光器，分别将8路的电信号转换为8路的光信号(TX1、TX2……TX8)，并且每一路进行25Gbps级的信号处理，从而实现200G带宽的光信号发射。
进一步地，光电探测单元132包括8个光电二极管，分别将8路的光信号(RX1、RX2……RX8)转换为8路的电信号，并且每一路进行25Gbps级的信号处理，从而实现200G带宽的光信号接收。
在本实施例中，8路的电信号(TX1、TX2……TX8)及(TX1、TX2……TX8)分别采用全透明并行方式传输。即，上述8路的电信号不需要通过数字信号处理芯片(Digital SignalProcessing，DSP)转换成一路高速串行的电信号，也不需要压缩或者重新编码，而是每一路电信号的输入和输出采用同样的编码。因此，全透明并行的传输方式降低了信号转换和传输过程中的损耗，并且印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)的板材型号可选择FR4(环氧玻纤布基板)，成本低且便于实现全透明的并行传输。
图5提供一实施例的光通信收发***，该***包括主机200及上述光通信收发装置100。其中，主机200连接光通信收发装置100，用于向光通信收发装置100输入多路第一电信号10，并接收来自光通信收发装置100的多路第二电信号21。
具体地，主机类型包括但不限：交换机、路由器、网卡及其他一些网络通信设备。
进一步地，光通信收发装置100的输入端和输出端分别设有8通道的金手指接口，光通信收发装置100通过该金手指接口与主机200连接，分别接收来自主机200的8路并行电信号及向主机200输入8路并行电信号。
进一步地，主机200还与光通信装置100中的控制模块140连接，用于与控制模块140进行数据通信。其中，主机200能从控制模块140中的存储器内读取数字信号，并能向存储器写入数据信息，该数据信息用于控制发射模块以及接收模块的工作。例如，控制发射模块120中的垂直腔面发射激光器阵列的光电转换功率、光信号的发射功率等。
上述光通信收发装置，通过多通道电信号的并行电光转换，以及多通道光信号的并行光电转换，实现了光信号的阵列并行收发，从而提升了光纤收发信机的传输带宽；并且多通道并行信号无需通过DSP芯片转换成一路高速串行信号，避免了多通道电信号复用导致的高功耗和高成本的问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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)

1.一种光通信收发装置，其特征在于，包括时钟数据恢复模块、发射模块、接收模块和控制模块；
所述时钟数据恢复模块分别连接控制模块、发射模块和接收模块；
所述时钟数据恢复模块用于接收多路第一电信号，并对各路第一电信号分别进行时钟数据恢复处理，以及将处理后的各路第一电信号输出至所述发射模块；
所述发射模块用于将处理后的各路第一电信号分别转换为第一光信号，并发射转换后的各路所述第一光信号；
所述接收模块用于接收多路第二光信号，并将各路光信号分别转换为第二电信号，以及将各路所述第二电信号输出至时钟数据恢复模块；
所述时钟数据恢复模块还用于将各路所述第二电信号分别进行时钟数据恢复处理，并输出处理后的多路第二电信号；
所述控制模块用于监测所述时钟数据恢复模块，并通过时钟数据恢复模块控制所述发射模块和接收模块。
2.根据权利要求1所述的光通信收发装置，其特征在于，所述时钟数据恢复模块包括发射端时钟数据恢复单元和接收端时钟数据恢复单元；
所述发射端时钟数据恢复单元用于接收所述多路第一电压信号，并进行时钟数据恢复处理，以及将处理后的各路第一电压信号输出至所述发射模块；
所述接收端时钟数据恢复单元用于接收各路所述第二电压信号，并进行时钟数据恢复处理，以及输出处理后的多路第二电压信号。
3.根据权利要求2所述的光通信收发装置，其特征在于，所述发射模块包括激光器驱动单元和激光器单元；
所述激光器驱动单元分别连接所述发射端时钟数据恢复单元和所述激光器单元；
所述激光器驱动单元用于根据所述处理后的各路第一电信号驱动所述激光器单元运行；
所述激光器单元用于将所述各路第一电信号分别转换为第一光信号，并发射转换后的各路所述第一光信号。
4.根据权利要求3所述的光通信收发装置，其特征在于，所述激光器单元为垂直腔面发射激光器阵列。
5.根据权利要求2所述的光通信收发装置，其特征在于，所述接收模块包括信号放大单元和光电探测单元；
所述光电探测单元用于接收多路第二光信号，并将各路第二光信号分别转换为第二电信号，以及将各路所述第二电信号输出至所述信号放大单元；
所述信号放大单元用于将各路所述第二电信号进行放大处理，并将处理后的各路所述第二电信号输出至所述接收端时钟数据恢复单元。
6.根据权利要求5所述的光通信传输装置，其特征在于，所述光电探测单元为光电二极管阵列；所述信号放大单元为限幅放大器。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的光通信收发装置，其特征在于，所述控制模块包括：
模数转换器，用于接收所述时钟数据恢复模块的多个所述第一电信号和第二电信号，并将所述第一电信号和第二电信号转换为数字信号；
存储器，用于存储所述数字信号；
比较器，用于将所述数字信号与一个或多个预设值进行比较，并将所述比较结果存储于存储器中；
控制器，用于根据所述存储器中存储的数字信号及比较结果监测所述时钟数据恢复模块，并通过时钟数据恢复模块控制所述发射模块和接收模块。
8.根据权利要求1所述的光通信收发装置，其特征在于，所述第一电信号的数量和所述第二电信号的数量均为8路，且各路处理25Gbps电信号。
9.一种光通信收发***，其特征在于，包括主机及权利要求1至8任一项权利要求所述的光通信收发装置；其中，
所述主机连接所述光通信收发装置，用于向所述光通信收发装置输入多路第一电信号，并接收来自所述光通信收发装置的多路第二电信号。
10.根据权利要求9所述的光通信收发***，其特征在于，所述主机还与所述光通信装置中的控制模块连接，用于与所述控制模块进行数据通信。
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CN115694649A (zh) * 2022-10-25 2023-02-03 成都市德科立菁锐光电子技术有限公司 信号传输装置

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