CN114285476A - 一种单通道波分光模块 - Google Patents

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石旨博
田军
周志勇
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Abstract

本发明提供了一种单通道波分光模块,包括光发射器子模块、光接收器子模块、DSP芯片、激光器驱动器、微控制单元MCU和连接器。连接器的接收端接收多路电信号传送至DSP芯片;DSP芯片将多路电信号转换为单路电信号传送至激光器驱动器;激光器驱动器将单路电信号传送至光发射器子模块,并为光发射器子模块提供驱动电流;光发射器子模块将所述单路电信号转化为光信号;光接收器子模块将所述光信号转化为单路电信号。本发明利用DSP芯片将四路25Gb/s的NRZ信号转化为单路56GBaud速率PAM4信号,使得波分光模块的光器件侧由常规的4路变为单路。与现有的四路光器件相比,简化了制造工艺和耦合效率,显著降低了工艺成本。

Description

一种单通道波分光模块
技术领域
本发明涉及光通信技术领域,尤其涉及一种单通道波分光模块。
背景技术
在现代光通信***中,光模块主要扮演的角色是完成电转光、光转电的过程。其应用场景主要包括电信承载/接入网,数据中心以及以太网三大场景。随着云业务的兴起到普及、5G商用的逐步实现、以及物联网应用的层出不穷,驱动着数据中心的流量需求急剧增长。
目前,数通市场主要光模块为100G光模块,国内外科技巨头公司的数据中心网络已采用了100G光网络。100G光模块早在2017年已成为主流,近几年需求上涨明显。
对于100G光模块来说,现有的主要方案以4*25G为主,包括PSM4、CWDM4、LR4等。其电信号和光信号通道数均为四路:4路25G电信号转化为四路25G光信号,根据器件的封装不同四路独立传输或者四路合成后传输。由于光模块自身体积受协议标准限制,所以光模块中的核心元器件光器件(TOSA/ROSA)体积要求也很高,无论是四路独立收发光的光器件还是带有MUX/D-MUX的光器件,其成本均较高。
尽管近几年器件技术水平一直在发展,但是光器件仍是100G光模块的最要成本元件。除了成本,技术上来说四路光器件的耦合和调试对研发、生产制造来说也带来了很多问题,如果耦合不当直接造成四路光发光不均匀,或者部分高速信号丢失直接引起模块生产的总体成品率下降。
发明内容
为了解决上述问题,本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的单通道波分光模块。
第一方面,本发明实施例提供一种单通道波分光模块,包括光发射器子模块、光接收器子模块、DSP芯片、激光器驱动器、微控制单元MCU和连接器;所述微控制单元通过DSP芯片分别与连接器、激光器驱动器、光发射器子模块、光接收器子模块连接;
所述连接器的接收端接收多路电信号传送至DSP芯片;
所述DSP芯片用于将所述多路电信号转换为单路电信号传送至激光器驱动器;
所述激光器驱动器用于将所述单路电信号传送至光发射器子模块,并为所述光发射器子模块提供驱动电流;
所述光发射器子模块用于将所述单路电信号转化为光信号;
所述光接收器子模块用于将所述光信号转化为所述单路电信号;所述微控制单元MCU用于控制单通道波分光模块各部件的工作。
优选的,所述光发射器子模块包括EML激光器,所述激光器驱动器还用于提供EML激光器所需的EA调制电压。
优选的,所述光接收器子模块还用于将所述单路电信号传送至DSP芯片的接收端;
相应的,所述DSP芯片还用于将所述单路电信号转化为多路电信号,将所述多路电信号传送给所述连接器。
优选的,所述单通道波分光模块还包括APD驱动器,所述APD驱动器分别与微控制单元MCU和光接收器子模块连接,用于为光接收器子模块提供高压驱动。
优选的,所述单通道波分光模块还包括TEC驱动器,所述TEC驱动器分别与微控制单元MCU和光发射器子模块连接,用于为光发射器子模块的TEC电阻提供驱动电流。
优选的,所述DSP芯片集成了时钟数据恢复电路,所述DSP芯片具体用于将四路25Gb/s的NRZ信号转化为单路56GBaud速率PAM4信号。
优选的,单通道波分光模块还包括电源组件,所述电源组件用于为单通道波分光模块的各部件供电。
本发明实施例提供的单通道波分光模块,利用DSP芯片将四路25Gb/s的NRZ信号转化为单路56GBaud速率PAM4信号,使得波分光模块的光器件侧由常规的4路变为单路。与现有的四路光器件相比,简化了制造工艺和耦合效率,显著降低了工艺成本。另外,本发明提供的单通道波分光模块无需集成复用器/解复用器,能够解放光模块内部空间资源,减小光模块内部布板压力。并且,单路光信号调试效率高,输出对传更便捷,只需一根光纤无需合波分波器,应用更加灵活。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,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,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,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为本发明实施例提供的单通道波分光模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的单通道波分光模块的结构示意图,如图1所示,单通道波分光模块至少包括光发射器子模块、光接收器子模块、DSP(Digital SignalProcessing,数字信号处理)芯片、激光器驱动器(Laser Driver)、微控制单元MCU和连接器(connector);所述微控制单元通过DSP芯片分别与连接器、激光器驱动器、光发射器子模块、光接收器子模块连接;其中,DSP芯片的接收端连接光接收器(ROSA,ResceivingOptical Sub-Assembley)子模块,所述DSP芯片的发射端连接连接器。DSP芯片还通过激光器驱动器连接光发射器(TOSA,Transmitting Optical Sub-Assembley)子模块。
所述连接器的接收端接收多路电信号传送至DSP芯片。所述DSP芯片用于将所述多路电信号转换为单路电信号传送至激光器驱动器。所述激光器驱动器(Laser Driver)用于将所述单路电信号传送至光发射器子模块,并为所述光发射器子模块提供驱动电流;所述光发射器子模块用于将所述单路电信号转化为光信号;所述光接收器子模块用于将所述光信号转化为所述单路电信号,并将所述单路电信号传送至DSP芯片的接收端。
参照图1,本实施例中,连接器(connector)的接收端接收四路25Gb/s NRZ(NonReturn Zero,不归零码)信号,经高速阻抗线传送至DSP芯片的发射端;连接器的发送端将来自于DSP芯片接收端的四路25Gb/s的NRZ信号传送至后端业务侧。
本发明实施例中,DSP芯片集成了时钟数据恢复(Clock Data Recovery,CDR)电路,DSP芯片的发射端将来自于连接器的四路25Gb/s的NRZ信号转化为单路56GBaud速率PAM4(Phase Amplitude Modulation,相位幅度调制)信号。DSP芯片的接收端接收光接收器子模块传输的单路56GBaud速率PAM4信号转化为四路25Gb/s的NRZ信号传送给连接器。即本发明描述的多路电信号可以采用四路25Gb/s的NRZ信号,单路电信号可以是单路56GBaud速率PAM4信号。
其中,PAM4是一种四电平信号调制技术,NRZ则是一种两电平信号调制技术。相比NRZ技术PAM4可以避免由于带宽增加造成的信号劣化。PAM4技术的成功关键在于每个码可以传送2个比特。在某个给定的数据速率下,与NRZ相比,PAM4可以将带宽减少一半。
激光器驱动器(Laser Driver)将单路电信号传送至光发射器子模块,并为所述光发射器子模块提供驱动电流。所述光发射器子模块将所述单路电信号转化为光信号,并将所述单路电信号传送至DSP芯片的接收端。
微控制单元MCU用于控制单通道波分光模块各部件的工作。微控制单元MCU监控各部件传回的上报信息,并且按照协议要求的格式定时给连接器发送携带模块自身状态信息的上报数据,同时当接收到连接器发来的控制信号时作出相应的响应。
本发明实施例提供的单通道波分光模块,将四路25Gb/s的NRZ信号转化为单路56GBaud速率PAM4信号,使得波分光模块的光器件侧由常规的4路变为单路。与现有的四路光器件相比,简化了制造工艺和耦合效率,显著降低了工艺成本。另外,本发明提供的单通道波分光模块无需集成复用器/解复用器,能够解放光模块内部空间资源,减小光模块内部布板压力。并且,单路光信号调试效率高,输出对传更便捷,只需一根光纤无需合波分波器,应用更加灵活。
在一个实施例中,所述光发射器子模块包括EML(Electlro-absorptionModulated Laser,电吸收调制)激光器,所述激光器驱动器还用于提供EML激光器所需的EA调制电压。
具体地,光发射器子模块采用EML调制的密集波分技术,考虑到长距离应用场景:超大型数据中心间的数据互传已经传输主干网的下层场景。密集波分波长是1550nm波段附近,该波段传输衰减小,色散代价有限,配上光放和色散补偿等设备,理论上来说可以传输80km传输距离;而且再配上密集波分***的合波分波传输技术,可以进一步增加单根纤的传输容量:96通道*100Gb近似10Tb的传输容量,本发明为长距离高速大容量传输需求带来可行的解决方案。
在一个实施例中,参照图1,单通道波分光模块还包括APD(Avalanche PhotoDiode,雪崩光电二极管)驱动器,所述APD驱动器分别与微控制单元MCU和光接收器子模块连接,用于为光接收器子模块提供高压驱动。
在一个实施例中,参照图1,所述单通道波分光模块还包括TEC驱动器,所述TEC驱动器分别与微控制单元MCU和光发射器子模块连接,用于为光发射器子模块的TEC电阻提供驱动电流。参照图1,单通道波分光模块还包括电源组件(POWER),所述电源组件用于为单通道波分光模块的各部件供电。
在一个实施例中,参照图1,单通道波分光模块的连接器(connector)采用QSFP28封装,匹配性强。数据流格式也是用的NRZ格式,几乎可以与现有的100G网络端口直接匹配使用。另外,通过搭配不同的DSP型号可以扩展不同的电口通道以及电信号格式,增加后期的应用场景匹配性能。而且,该类光模块光口的单路56GBaud PAM4格式有望跟400G/200G光模块互联互传。
需要说明的是,在本文中,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。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种单通道波分光模块,其特征在于,包括光发射器子模块、光接收器子模块、DSP芯片、激光器驱动器、微控制单元MCU和连接器;所述微控制单元通过DSP芯片分别与连接器、激光器驱动器、光发射器子模块、光接收器子模块连接;
所述连接器的接收端接收多路电信号传送至DSP芯片;
所述DSP芯片用于将所述多路电信号转换为单路电信号传送至激光器驱动器;
所述激光器驱动器用于将所述单路电信号传送至光发射器子模块,并为所述光发射器子模块提供驱动电流;
所述光发射器子模块用于将所述单路电信号转化为光信号;
所述光接收器子模块用于将所述光信号转化为所述单路电信号;所述微控制单元MCU用于控制单通道波分光模块各部件的工作。
2.根据权利要求1所述的单通道波分光模块,其特征在于,所述光发射器子模块包括EML激光器,所述激光器驱动器还用于提供EML激光器所需的EA调制电压。
3.根据权利要求1所述的单通道波分光模块,其特征在于,所述光接收器子模块还用于将所述单路电信号传送至DSP芯片的接收端;
相应的,所述DSP芯片还用于将所述单路电信号转化为多路电信号,将所述多路电信号传送给所述连接器。
4.根据权利要求1所述的单通道波分光模块,其特征在于,还包括APD驱动器,所述APD驱动器分别与微控制单元MCU和光接收器子模块连接,用于为光接收器子模块提供高压驱动。
5.根据权利要求1所述的单通道波分光模块,其特征在于,还包括TEC驱动器,所述TEC驱动器分别与微控制单元MCU和光发射器子模块连接,用于为光发射器子模块的TEC电阻提供驱动电流。
6.根据权利要求1所述的单通道波分光模块,其特征在于,所述DSP芯片集成了时钟数据恢复电路,所述DSP芯片具体用于将四路25Gb/s的NRZ信号转化为单路56GBaud速率PAM4信号。
7.根据权利要求1所述的单通道波分光模块,其特征在于,还包括电源组件,所述电源组件用于为单通道波分光模块的各部件供电。
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