CN113824504A - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块，包括电路板、与电路板连接的光接收组件和设于电路板上的MCU。光接收组件用于产生光生电流。MCU设有与目标光强度对应的目标采样值。目标光强度用于判决RX‑LOS信号。该光模块的目标采样值与其他光模块的目标采样值不相等，但与其他光模块的目标光强度相等，目标采样值由目标光强度反算得到。由于所有光模块产生LOS信号的范围是相同的，则产生LOS信号的目标光强度是相同的。本申请中，利用目标光强度反算得到目标采样值，可将目标采样值设定为RX‑LOS阈值，不需要另外增加工序，即可得到与光接收组件相匹配的RX‑LOS阈值，实现了RX‑LOS阈值自适应功能，无需单独调试，提高生产效率。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块产品中，通常会设计一个RX-LOS(Receive Loss of Signal Alarm，接收信号丢失告警)管脚。使用过程中通过监控RX-LOS状态判断光模块的接收信号是否丢失。随着社会带宽需求的急速提升，光模块开始依靠DSP实现速率转换和信号放大。而DSP不具备RX-LOS功能，无法满足光模块的功能需求。

为了解决这个问题，在传统光模块的MCU内设置软件算法，利用MCU内的软件算法实现RX-LOS功能。具体过程如下：首先，光信号输入光接收次模块产生光生电流；其次，光生电流通过镜像电路产生镜像；再次，通过MCU对光生电流进行ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)采样得到采样值；然后，将采样值与MCU预设的RX-LOS阈值作比较，当采样值大于RX-LOS阈值时，输出低电平，当采样值小于RX-LOS阈值时，输出高电平；最后，高低电平由MCU的GPIO管脚输出。

通过在光模块的MCU内设置软件算法可以实现RX-LOS判断。但不同光接收组件的光电响应度不同，其光生电流强度也就存在差异。如果设置固定的RX-LOS阈值，每只光模块将出现不同的RX-LOS阈值且差异大，导致判断RX-LOS时的目标光强度存在明显差异甚至异常，难以满足使用要求。因此，在光模块的生产过程中，需要对每只光模块进行单独调试，并设置于该光模块的光接收组件相匹配的RX-LOS阈值。这容易增加光模块生产工时，影响生产效率。

发明内容

本申请提供了一种光模块，实现了RX-LOS阈值自适应功能，提高生产效率。

一种光模块，包括：

电路板；

光接收组件，与电路板电连接，用于产生光生电流；

MCU，设置于电路板上，设有与目标光强度对应的目标采样值，其中，所述目标光强度用于判决RX-LOS信号；

目标采样值与其他光模块的目标采样值不相等，但与其他光模块的目标光强度相等，其中，目标采样值由目标光强度经拟合关系式反算得到。

有益效果：本申请提供了一种光模块，包括电路板、与电路板电连接的光接收组件和设置于电路板上的MCU。光接收组件用于产生光生电流。MCU设有与目标光强度对应的目标采样值。目标光强度用于判决RX-LOS信号。该光模块的目标采样值与其他光模块的目标采样值不相等，但与其他光模块的目标光强度相等，其中，目标采样值由目标光强度反算得到。由于所有光模块产生LOS信号的范围是相同的，则产生LOS信号的目标光强度是相同的。但由于每个光模块的光电响应度不同，其光生电流强度也就存在差异，为了实现光模块的RX-LOS阈值自适应功能，本申请中，将目标光强度利用拟合关系式反算得到目标采样值。由于可以将目标采样值设定为RX-LOS阈值，也可以将目标采样值换算为MCU输出的输出电压。本申请中，直接利用目标光强度反算得到目标采样值，不需要另外增加工序，即可得到与光模块的光接收组件相匹配的RX-LOS阈值，实现了RX-LOS阈值自适应功能，无需单独调试，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种光模块的分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的光模块的目标光强度上报功能的原理图；

图6为本申请实施例提供的一种电路板上的结构示意图；

图7为图6对应的原理结构图；

图8为本申请实施例提供的另一种电路板上的结构示意图；

图9为图8对应的原理结构图；

图10为本申请实施例提供的判断电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200***光网络终端中，具体为光模块的电口***笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块***笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块200的结构示意图。图4为本申请实施例提供的一种光模块200的分解结构示意图。图5为本申请实施例提供的光模块的目标光强度上报功能的原理图。图6为本申请实施例提供的一种电路板上的结构示意图。图7为图6对应的原理结构图。图8为本申请实施例提供的另一种电路板上的结构示意图。图9为图8对应的原理结构图。如图3-9所示，本申请实施例提供的两种光模块200均包括上壳体201、下壳体202、解锁手柄203、电路板204、光发射组件205和光接收组件206。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是位于光模块同一端的两处开口，也可以是在光模块不同端的两处开口；其中一个开口为电口，电路板的金手指从电口伸出，***光网络单元等上位机中；另一个开口为光口，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射组件205和光接收组件206；电路板204、光发射组件205和光接收组件206等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板204、光发射组件205和光接收组件206等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。

解锁手柄203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁手柄203具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁的表面相对移动；光模块***上位机的笼子里，由解锁手柄的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁手柄，解锁手柄的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

电路板204上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如微处理器MCU207、激光驱动芯片、限幅放大器、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。其中，MCU207用于设定RX-LOS阈值，DSP用于数字信号处理。

电路板204通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板204一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光发射组件205和光接收组件206位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以***上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

光发射组件205和光接收组件206，与电路板204电连接，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。光发射组件205和光接收组件206也可以结合在一起形成光收发一体结构。

光接收组件206实现光信号的接收，并产生光生电流。由于光生电流不仅需要用于判断输出RX-LOS信号，还需要提供电流给TIA(跨阻放大器，设置于光接收组件内)和DSP209处理。因此，光接收组件206产生的光生电流需要经过镜像电路分出两路光生电流，一路光生电流流向TIA和DSP209，一路光生电流流向判断电路207。

镜像电路，设置于光接收组件206内。当镜像电路设置于光接收组件206内时，光接收组件206输出一路光生电流，该路光生电流流向判断电路207。其中，另一路光生电流在光接收组件206内传输给TIA和DSP209。

由于光模块具有目标光强度上报功能，目标光强度上报的具体过程如下：首先，光接收组件206接收光信号，并将光信号转换产生光生电流。其次，光生电流经镜像电路产生镜像，得到两路光生电流，其中，一路光生电流流向MCU207，一路光生电流流向TIA和DSP。再次，MCU207对流入MCU207的光生电流进行采样，得到多个不同实际采样值。然后，MCU207通过拟合算法，将实际光强度与多个实际采样值进行拟合，得到拟合关系式。最后，当光信号输入后，MCU207采集到实际采样值，将实际采样值代入拟合关系式得到实际光强度，上位机通过I2C通信读取实际光强度。

MCU207，设有与目标光强度对应的目标采样值。其中，目标采样值是MCU207利用ADC进行采样得到的目标ADC采样值。该光模块，目标采样值与其他光模块的目标采样值不相等，但与其他光模块的目标光强度相等，其中，目标采样值由目标光强度经拟合关系式反算得到。其中，拟合关系式如下：

Y＝F(X)，

其中，Y为目标光强度，X为目标采样值，F为Y与X的函数关系式。

由于所有光模块产生RX-LOS信号的范围是相同的，则产生RX-LOS信号的目标光强度是相同的。目标光强度用于判断RX-LOS信号。当实际光强度大于目标光强度时，RX-LOS信号为高电平，当实际光强度小于目标光强度时，RX-LOS信号为低电平。但由于每个光模块的光电响应度不同，其光生电流强度也就存在差异，为了实现光模块的RX-LOS阈值自适应功能，本申请中，将目标光强度利用拟合关系式反算得到目标采样值。

将目标光强度利用拟合关系式反算得到目标采样值的具体过程如下：首先，设定产生RX-LOS信号的目标光强度Y1。其次，使用目标强度上报功能得到的拟合公式Y＝F(X)反算，得到与目标强度对应的目标采样值X1。再次，把目标采样值X1设定为图6和7所示的光模块中的MCU的RX-LOS阈值，或者，把目标采样值X1换算为图8和9所示的光模块中的MCU输出的输出电压。

由于每种光模块的目标光强度相等，但每只光模块的光接收组件的响应强度不同，且每只光模块的拟合关系式不同，目标光强度利用拟合关系式反算得到每只光模块各自对应的目标采样值，并将每只光模块对应的目标采样值设定为RX-LOS阈值或者换算为MCU输出的输出电压。每只光模块均可以根据各自的RX-LOS阈值或者MCU输出的输出电压，判断RX-LOS信号，实现每只光模块均在目标光强度Y1时产生RX-LOS信号。

当目标采样值设定为RX-LOS阈值时，光模块如图6和7所示，MCU207用于根据获取的实际采样值与RX-LOS阈值判断得到RX-LOS信号。具体的，当实际采样值大于RX-LOS阈值时，RX-LOS信号为高电平；当实际采样值小于RX-LOS阈值时，RX-LOS信号为低电平。

当目标采样值换算为MCU输出的输出电压时，光模块如图8-9所示，该光模块还可以包括判断电路208。

判断电路208，设置于电路板204上，第一输入端与光接收组件206电连接，第二输入端与MCU电连接，用于根据第一输入端的第一输入电压与第二输入端的第二输入电压判断得到RX-LOS信号，并输出RX-LOS信号。具体的，当第一输入电压大于K1时，RX-LOS信号为高电平。当第一输入电压小于K2时，RX-LOS信号为低电平，K1/K2均与第二输入端的第二输入电压有关。其中，第一输入端的第一输入电压为光生电流流入第一输入端处得到的电压，第二输入端的第二输入电压为MCU输出的输出电压。

图10为本申请实施例提供的判断电路的结构示意图。如图10所示，判断电路208包括第一电阻2081、运算放大器2082、分压电路2083、MOS管2084、第四电阻2085和第三电阻2086。具体的，

第一电阻2081，输入端与光接收组件206电连接。

运算放大器2082，第一输入端与第一电阻2081的输出端电连接，第二输入端与MCU208电连接，用于根据第一输入端的第一电压和第二输入端的第二电压判断得到第一RX-LOS信号。

分压电路2083，输入端与运算放大器2082的输出端电连接，输出端与运算放大器2082的第一输入端电连接。分压电路2083为第二电阻R2。第二电阻R2用于将运算放大器2082的输出端输出的电压分压。

初始状态下，判断电路208的第一输入端的第一输入电压α＝0，判断电路208的第二输入端的第二输入电压β>0。此时，运算放大器2082的第一输入端的第一电压+IN＝0，运算放大器2082的第二输入端的第二电压-IN＝β。当+IN<-IN时，运算放大器2082的输出端输出低电平(VOUT＝0)，且判断电路208的第一输出端输出的第一RX-LOS信号为低电平。

实际光强度增大，判断电路208的第一输入端的第一输入电压α随之增大，判断电路208的第二输入端的第二输入电压β不变。此时，运算放大器2082的第一输入端的第一电压+IN＝R2/(R1+R2)*α，运算放大器2082的第二输入端的第二电压-IN＝β。当+IN>-IN时，运算放大器2082的输出端输出高电平(VOUT＝3)，且判断电路208的第一输出端输出第一RX-LOS信号为高电平。即，由R2/(R1+R2)*α>β，得到α>(R1+R2)*β/R2。

其中，运算放大器2082的第一输入端的第一电压+IN＝R2/(R1+R2)*α的计算过程如下：初始状态下，判断电路208的输出端输出低电压，即VOUT＝0。由于第一电阻2081和第二电阻R2串联，则流经第一电阻2081和第二电阻R2的电流I＝α/(R1+R2)，此时，运算放大器2082的第一输入端的第一电压等于判断电路208的第一输入端的第一输入电压减去流经第一电阻2081的电压，即+IN＝R2/(R1+R2)*α。此时，流经第一电阻的电压为α*R1/(R1+R2)。

实际光强度减小，判断电路208的第一输入端的输入电压α随之减小，判断电路208的第二输入端的第二输入电压β不变。此时，运算放大器2082的第一输入端的第一电压+IN＝α-(α-3)*R1/(R1+R2)，运算放大器2082的第二输入端的第二电压-IN＝β。当+IN<-IN时，运算放大器2082的输出端输出低电压(VOUT＝0)，且判断电路208的第一输出端输出第一RX-LOS信号为低电平。即，由α-(α-3)*R1/(R1+R2)<β，得到α<(R1+R2)*β/R2-3R1/R2。

其中，运算放大器2082的第一输入端的第一电压+IN＝α-(α-3)*R1/(R1+R2)的计算过程如下：实际光强度增大，判断电路208的输出端输出高电压，即VOUT＝3。由于第一电阻2081和第二电阻R2串联，则流经第一电阻和第二电阻的电流I＝(α-3)/(R1+R2)，此时，运算放大器2082的第一输入端的第一电压等于判断电路208的第一输入端的第一输入电压减去流经第一电阻的电压，即+IN＝R2/(R1+R2)*α。此时，流经第一电阻2081的电压为(α-3)*R1/(R1+R2)。

结合上述可知，本申请中，第一电阻2081和第二电阻R2设定后，只需设置判断电路208的第二输入端的第二输入电压β即可实现RX-LOS信号判断功能和RX-LOS信号迟滞功能。

此时，令K1＝(R1+R2)*β/R2，令K2＝(R1+R2)*β/R2-3R1/R2，计算K1-K2＝3*R1/R2，即判断电路208的RX-LOS信号判断迟滞系数为3*R1/R2。结合该判断迟滞系数可知，只需要通过调整第一电阻2081和第二电阻R2，即可实现RX-LOS信号迟滞的变更。

当判断电路208的第一输入端的第一输入电压大于K1时，判断电路208的第一输出端输出高电平。当判断电路208的第一输入端的第一输入电压小于K2时，判断电路208的第一输出端输出低电平，其中，K1、K2均与判断电路208的第二输入端的第二输入电压β有关。

MOS管2084，栅极与运算放大器2082的输出端电连接，源极接地，漏极接电源，用于得到第二RX-LOS信号。

第四电阻2085，输入端与MOS管2084的漏极电连接，输出端与电源连接。第四电阻2085用于分担电源输出的电压，使MOS管2084正常工作。

第三电阻2086，输入端与MCU电连接，输出端与运算放大器2082的第二输入端电连接。

本申请提供了一种光模块，包括电路板、与电路板电连接的光接收组件和设置于电路板上的MCU。光接收组件用于产生光生电流。MCU设有与目标光强度对应的目标采样值。目标光强度用于判决RX-LOS信号。该光模块的目标采样值与其他光模块的目标采样值不相等，但与其他光模块的目标光强度相等，其中，目标采样值由目标光强度反算得到。由于所有光模块产生LOS信号的范围是相同的，则产生LOS信号的目标光强度是相同的。但由于每个光模块的光电响应度不同，其光生电流强度也就存在差异，为了实现光模块的RX-LOS阈值自适应功能，本申请中，将目标光强度利用拟合关系式反算得到目标采样值。由于可以将目标采样值设定为RX-LOS阈值，也可以将目标采样值换算为MCU输出的输出电压。本申请中，直接利用目标光强度反算得到目标采样值，不需要另外增加工序，即可得到与光模块的光接收组件相匹配的RX-LOS阈值，实现了RX-LOS阈值自适应功能，无需单独调试，提高生产效率。

本说明书中实施例之间相同相似的部分互相参见即可。需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光接收组件，与电路板电连接，用于产生光生电流；

MCU，设置于所述电路板上，设有与目标光强度对应的目标采样值，其中，所述目标光强度用于判决RX-LOS信号；

所述目标采样值与其他光模块的目标采样值不相等，但与其他光模块的目标光强度相等，其中，所述目标采样值由所述目标光强度经拟合关系式反算得到。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述目标采样值设定为RX-LOS阈值，或者换算为MCU输出的输出电压。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述拟合关系式如下：

Y＝F(X)，

其中，Y为目标光强度，X为目标采样值，F为Y与X的函数关系式。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，当所述目标采样值设定为RX-LOS阈值时，所述MCU用于根据获取的实际采样值与所述RX-LOS阈值判断得到RX-LOS信号，并输出RX-LOS信号。

5.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，当所述目标采样值换算为MCU输出的输出电压时，所述光模块还包括判断电路；

所述判断电路，设置于所述电路板上，第一输入端与所述光接收组件电连接，第二输入端与所述MCU电连接，用于根据所述第一输入端的第一输入电压与所述第二输入端的第二输入电压判断得到RX-LOS信号，并输出RX-LOS信号，其中，所述第一输入端的第一输入电压为所述光生电流流入所述第一输入端处得到的电压，所述第二输入端的第二输入电压为所述MCU输出的输出电压。

6.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述光模块还包括：

DSP，与所述光接收组件电连接。

Images