CN113985537B - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光模块，包括：上壳体；下壳体，与所述上壳体盖合形成包裹腔体；电路板，设置于所述包裹腔体内部。激光偏置电路，设置于所述电路板上，一端与激光器连接，用于控制所述激光器的驱动。MCU，设置于所述电路板上，一端与所述激光偏置电路连接，用于控制所述激光偏置电路的输出电流。本申请中激光偏置电路与MCU连接，利用MCU控制激光偏置电路的输出电流，通过激光偏置电路对激光器进行直接驱动。在现有光模块硬件基础上，通过用独立设计的激光偏置电路来替代集成激光器驱动芯片，简化了电路设计，降低了模块成本，摆脱了对激光器驱动芯片的依赖。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

随着云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式发展，光通信技术的发展进步变的愈加重要。而在光通信技术中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一，并且随着光通信技术发展的需求光模块的传输速率不断提高。

随着通信速率的提高，对光模块的速率要求也越来越高，尤其是近年来，光模块对空间占用大小限制越来越严格，要求在尽可能小的空间范围内实现较多的控制方案。

发明内容

本申请提供了一种光模块，以提高减少电路板空间。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种光模块，包括：上壳体；

下壳体，与所述上壳体盖合形成包裹腔体；

电路板，设置于所述包裹腔体内部：

激光偏置电路，设置于所述电路板上，一端与激光器连接，用于控制所述激光器的驱动；

MCU，设置于所述电路板上，一端与所述激光偏置电路连接，用于控制所述激光偏置电路的输出电流。

相比现有技术，本申请的有益效果：

本申请公开了一种光模块，包括：上壳体；下壳体，与所述上壳体盖合形成包裹腔体；电路板，设置于所述包裹腔体内部。激光偏置电路，设置于所述电路板上，一端与激光器连接，用于控制所述激光器的驱动。MCU，设置于所述电路板上，一端与所述激光偏置电路连接，用于控制所述激光偏置电路的输出电流。本申请中激光偏置电路与MCU连接，利用MCU控制激光偏置电路的输出电流，通过激光偏置电路对激光器进行直接驱动。在现有光模块硬件基础上，通过用独立设计的激光偏置电路来替代集成激光器驱动芯片，简化了电路设计，降低了模块成本，摆脱了对激光器驱动芯片的依赖。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为根据一些实施例的光通信***连接关系图；

图2为根据一些实施例的光网络终端结构图；

图3为根据一些实施例提供的光模块结构图；

图4为根据一些实施例的光模块分解结构图；

图5为本申请实施例体用的一种光模块部分结构示意图；

图6为本申请实施例体用的一种光模块部分信号流示意图；

图7为本申请提供的一种激光偏置电路示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开中的技术方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。

光通信技术中使用光携带待传输的信息，并使携带有信息的光信号通过光纤或光波导等信息传输设备传输至计算机等信息处理设备，以完成信息的传输。由于光信号通过光纤或光波导中传输时具有无源传输特性，因此可以实现低成本、低损耗的信息传输。此外，光纤或光波导等信息传输设备传输的信号是光信号，而计算机等信息处理设备能够识别和处理的信号是电信号，因此为了在光纤或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，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信号与电信号的相互转换功能。光模块包括光口和电口，光模块通过光口实现与光纤或光波导等信息传输设备的光通信，通过电口实现与光网络终端(例如，光猫)之间的电连接，电连接主要用于实现供电、I2C信号传输、数据信号传输以及接地等；光网络终端通过网线或无线保真技术(Wi-Fi)将电信号传输给计算机等信息处理设备。

图1为根据一些实施例的光通信***连接关系图。如图1所示，光通信***主要包括远端服务器1000、本地信息处理设备2000、光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103；

光纤101的一端连接远端服务器1000，另一端通过光模块200与光网络终端100连接。光纤本身可支持远距离信号传输，例如数千米(6千米至8千米)的信号传输，在此基础上如果使用中继器，则理论上可以实现超长距离传输。因此在通常的光通信***中，远端服务器1000与光网络终端100之间的距离通常可达到数千米、数十千米或数百千米。

网线103的一端连接本地信息处理设备2000，另一端连接光网络终端100。本地信息处理设备2000可以为以下设备中的任一种或几种：路由器、交换机、计算机、手机、平板电脑、电视机等。

远端服务器1000与光网络终端100之间的物理距离大于本地信息处理设备2000与光网络终端100之间的物理距离。本地信息处理设备2000与远端服务器1000的连接由光纤101与网线103完成；而光纤101与网线103之间的连接由光模块200和光网络终端100完成。

光模块200包括光口和电口。光口被配置为与光纤101连接，从而使得光模块200与光纤101建立双向的光信号连接；电口被配置为接入光网络终端100中，从而使得光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。光模块200实现光信号与电信号的相互转换，从而使得光纤101与光网络终端100之间建立连接。示例的，来自光纤101的光信号由光模块200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200转换为光信号输入至光纤101中。

光网络终端100包括大致呈长方体的壳体(housing)，以及设置在壳体上的光模块接口102和网线接口104。光模块接口102被配置为接入光模块200，从而使得光网络终端100与光模块200建立双向的电信号连接；网线接口104被配置为接入网线103，从而使得光网络终端100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。示例的，光网络终端100将来自光模块200的电信号传递给网线103，将来自网线103的信号传递给光模块200，因此光网络终端100作为光模块200的上位机，可以监控光模块200的工作。光模块200的上位机除光网络终端100之外还可以包括光线路终端(OpticalLine Terminal，OLT)等。

远端服务器1000通过光纤101、光模块200、光网络终端100及网线103，与本地信息处理设备2000之间建立了双向的信号传递通道。

图2为根据一些实施例的光网络终端结构图，为了清楚地显示光模块200与光网络终端100的连接关系，图2仅示出了光网络终端100的与光模块200相关的结构。如图2所示，光网络终端100中还包括设置于壳体内的PCB电路板105，设置在PCB电路板105的表面的笼子106，以及设置在笼子106内部的电连接器。电连接器被配置为接入光模块200的电口；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100的笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200产生的热量传导给笼子106，然后通过散热器107进行扩散。光模块200***笼子106中后，光模块200的电口与笼子106内部的电连接器连接，从而光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。此外，光模块200的光口与光纤101连接，从而光模块200与光纤100建立双向的电信号连接。

图3为根据一些实施例提供的光模块结构图，图4为根据一些实施例的光模块分解结构图。如图3和图4所示，光模块200包括壳体、设置于壳体中的电路板300及光收发器件；

壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口204和205的上述壳体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。

在一些实施例中，下壳体202包括底板以及位于底板两侧、与底板垂直设置的两个下侧板；上壳体201包括盖板，以及位于盖板两侧与盖板垂直设置的两个上侧板，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。

两个开口204和205的连线所在方向可以与光模块200的长度方向一致，也可以与光模块200的长度方向不一致。示例地，开口204位于光模块200的端部(图3的左端)，开口205也位于光模块200的端部(图3的右端)。或者，开口204位于光模块200的端部，而开口205则位于光模块200的侧部。其中，开口204为电口，电路板300的金手指从电口204伸出，***上位机(如光网络终端100)中；开口205为光口，配置为接入外部的光纤101，以使光纤101连接光模块200内部的光收发器件。

采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300、光收发器件等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202可以对这些器件形成封装保护。此外，在装配电路板300等器件时，便于这些器件的定位部件、散热部件以及电磁屏蔽部件的部署，有利于自动化的实施生产。

在一些实施例中，上壳体201及下壳体202一般采用金属材料制成，利于实现电磁屏蔽以及散热。

在一些实施例中，光模块200还包括位于其壳体外壁的解锁部件203，解锁部件203被配置为实现光模块200与上位机之间的固定连接，或解除光模块200与上位机之间的固定连接。

示例地，解锁部件203位于下壳体202的两个下侧板2022的外壁，包括与上位机的笼子(例如，光网络终端100的笼子106)匹配的卡合部件。当光模块200***上位机的笼子里，由解锁部件203的卡合部件将光模块200固定在上位机的笼子里；拉动解锁部件203时，解锁部件203的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块200与上位机的卡合关系，从而可以将光模块200从上位机的笼子里抽出。

电路板300包括电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如MCU、激光驱动芯片、限幅放大芯片、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板300通过电路走线将光模块200中的上述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功能。

电路板300一般为硬性电路板，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；硬性电路板还可以***上位机笼子中的电连接器中，在本申请公开的某一些实施例中，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；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，作为硬性电路板的补充。

光收发器件包括光发射次模块及光接收次模块。

光发射次模块中通常设有激光器，为实现对激光器的驱动，设有激光器驱动芯片，当前激光器驱动芯片的***供电和控制电路复杂，PCB布板占用面积大，同时其功能单一，成本昂贵，不利于降低光模块的空间占用率和成本控制。

图5为本申请实施例体用的一种光模块部分结构示意图，图6为本申请实施例体用的一种光模块部分信号流示意图。结合图5和图6所示，为解决以上问题，本申请提供了一种光模块，其电路板的一端设有金手指，与上位机连接，用于接收上位机的电信号。MCU 302设置于电路板上，与金手指连接，接收来自上位机的电信号，并对该电信号进行处理，用于控制数据处理芯片和激光偏置电路。

激光偏置电路303，与MCU 302连接，接收来自MCU 302的控制信号。MCU 302输出信号至激光偏置电路303，控制数值模拟转化器输出信号的大小。激光偏置电路303与激光器401连接，输出偏置信号，对激光器进行驱动。

激光器401为光发射次模块的重要组成部分，

数据处理芯片301设置于电路板上，与金手指连接，接收来自上位机的高速差分信号，并是对高速差分信号进行处理，输出调制信号至激光器，对激光器进行幅度调制。

数据处理芯片301还与MCU 302连接，接收来自MCU 302的控制信号。MCU 302输出信号至数据处理芯片301，控制数据处理芯片301的输出。本申请实施例中，光模块通过电路板上的金手指与上位机连接，接收来自上位机的电信号。MCU 302与金手指连接，接收上述电信号，对电信号进行处理，输出幅度调制信号和控制信号，用于控制数据处理芯片301和激光偏置电路303。激光偏置电路303接收来自MCU 302的控制信号，输出偏置信号值激光器，对激光器401进行驱动。数据处理芯片301接收来自MCU 302的幅度调制数据信号，对幅度调制数据信号进行数据处理，输出与之对应的调制信号至激光器401，对激光器401进行幅度调制。本申请中无复杂、集成且价格昂贵的激光器驱动芯片，通过激光偏置电路303对激光器401进行直接驱动。在现有光模块硬件基础上，通过用独立设计的激光偏置电路303来替代集成激光器驱动芯片，简化了电路设计，降低了模块成本，摆脱了对激光器驱动芯片的依赖。

在本申请实施例中激光偏置电路受到MCU的控制，输出特定范围的偏置电流来驱动激光器，保持激光器开启并稳定工作。

在本申请的一些实施例中，MCU 302的输入端与金手指连接，用于接收来自上位机的电信号，并对该电信号进行处理。

MCU 302的第一输出端与激光偏置电路303连接，控制激光偏置电路303的输出电压。具体的，MCU 302的第一输出端为GPIO输出端，通过控制高低电平，控制激光偏置电路303的输出电压和电流。

激光偏置电路303设置于电路板上，激光偏置电路303的输入端与MCU 302的第一输出端连接，激光偏置电路303的输出端与激光器401连接，直接对激光器401进行驱动，减少了常用的激光驱动芯片和激光驱动芯片的相关匹配电路的配置，有利于减少电路板空间占用面积，提高模块集成度。

具体的，在本申请实施例中，激光偏置电路303接收MCU 302的第一输出端输出的第一控制信号，实现控制激光驱动电路的输出。

图7为本申请提供的一种激光偏置电路示意图，如图7所示，激光偏置电路包括：数字模拟转换器(VDAC)，输入端与MCU302的第一输出端连接，将MCU发出的数字信号转换为模拟信号。放大器Q1,其同相输入端与数字模拟转换器的输出端连接，反向输入端接地，其输出端与MOS管Q2连接。MOS管的源极与匹配电阻R连接后接地；栅极为输入端与放大器Q1的输出端连接，漏极与激光器连接，实现对激光器的驱动。

如图中所示，MCU控制VDAC的输出电压Vout0,经过放大器Q1放大后电压变为Vout1。Vout1控制MOS管Q2的导通程度进而控制输出电流Ibias的输出范围。其中，电阻R是匹配电阻，保护电路并控制Ibias的可输出最大范围。

在本申请的一些实施例中，MCU的第一输出端与数字模拟转换器的输入端连接，输出数字控制信号至数字模拟转换器。数字模拟转换器将数字控制信号转换为电信号，输出至放大器，经放大器放大后输出至MOS管，控制MOS管的输出。MOS管的漏极为输出端，与浆管器连接，实现对激光器的驱动。

具体的，所述激光器为电吸收调制激光器，包括电吸收调制器与DFB激光器，所述数据处理芯片与所述电吸收调制器连接，所述激光偏置电路与所述DFB激光器连接。

MCU 302的第二输出端与数据处理芯片301的第一输入端连接，用于向数据处理芯片301输出第二控制信号，对数据处理芯片301进行驱动。

数据处理芯片301的第二输入端与金手指连接，接收来自上位机的高速差分信号，并是对高速差分信号进行处理，输出调制信号至激光器401，对激光器401进行幅度调制。

MCU 302接收上位机的电信号，输出第一控制信号和第二控制信号，激光偏置电路303接收第一控制信号，输出激光驱动信号至激光器401，实现对激光器401的驱动。数据处理芯片301接收到第二控制信号，根据接收到的上位机的高速差分信号并进行数据处理，向激光器401输出调制信号，对激光器401的光进行幅度调制。激光器401接收激光驱动信号和调制信号，输出信号光。本申请中利用激光偏置电路303与MCU 302连接，利用MCU 302控制激光偏置电路303、数据处理芯片301的驱动，利用数据处理芯片301根据接收到的上位机的高速差分信号并进行数据处理，向激光器401输出调制信号；激光偏置电路303控制激光器的确定，无复杂、集成且价格昂贵的激光器驱动芯片，通过激光偏置电路303对激光器401进行直接驱动。在现有光模块硬件基础上，通过用独立设计的激光偏置电路303来替代集成激光器驱动芯片，简化了电路设计，降低了模块成本，摆脱了对激光器驱动芯片的依赖。

MCU 302接收上位机的电信号，输出第一控制信号和第二控制信号，激光偏置电路303接收第一控制信号，输出激光驱动信号至DFB激光器，实现对DFB激光器的驱动，发出不带信号的光。数据处理芯片301接收到第二控制信号，开始工作，数据处理芯片301根据接收到的上位机的高速差分信号并进行数据处理，向电吸收调制器输出调制信号，对DFB激光器发出的光进行幅度调制，输出信号光。本申请中利用激光偏置电路与MCU 302连接，利用MCU302控制激光偏置电路303、数据处理芯片301的驱动，利用数据处理芯片301根据接收到的上位机的高速差分信号并进行数据处理，向激光器输出调制信号；激光偏置电路控制激光器的确定，无复杂、集成且价格昂贵的激光器驱动芯片，通过激光偏置电路303对激光器401进行直接驱动。在现有光模块硬件基础上，通过用独立设计的激光偏置电路303来替代集成激光器驱动芯片，简化了电路设计，降低了模块成本，摆脱了对激光器驱动芯片的依赖。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，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，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。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电路结构、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电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践本申请的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种光模块，其特征在于，包括：上壳体；

下壳体，与所述上壳体盖合形成包裹腔体；

电路板，设置于所述包裹腔体内部：

激光偏置电路，设置于所述电路板上，一端与激光器连接，使所述激光器发光；

数据处理芯片，设置于所述电路板上，一端与所述激光器连接，向所述激光器输出调制信号；

MCU，设置于所述电路板上，一端与所述激光偏置电路连接，用于控制所述激光偏置电路的输出电流；

所述激光偏置电路包括：

数字模拟转换器，其输入端与所述MCU的第一输出端连接；

放大器,其同相输入端与所述数字模拟转换器的输出端连接，反向输入端接地；

MOS管，其源极与匹配电阻连接后接地，栅极与所述放大器的输出端连接，漏极与所述激光器连接。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光偏置电路为DAC电路。

3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，还包括：数据处理芯片，设置于所述电路板上，与所述MCU连接，所述MCU控制所述数据处理芯片。

4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光器为电吸收调制激光器，包括电吸收调制器与DFB激光器，所述数据处理芯片与所述电吸收调制器连接，所述激光偏置电路与所述DFB激光器连接。

5.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述数据处理芯片还与所述激光器连接，用于对所述激光器进行幅度调制。

6.根据权利要求5所述的光模块，其特征在于，所述电路板上设有金手指，与外部连接；

所述数据处理芯片与所述金手指连接，用于接收高速差分信号，并对所述高速差分信号进行处理，输出调制信号。

7.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述MCU与所述激光器通过GPIO输出口连接。

8.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，所述MCU与所述数据芯片通过GPIO输出口连接。

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