CN210518344U - 一种基于pam4的100g-qsfp28光传输模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于PAM4的100G‑QSFP28光传输模块，采用QSFP28封装，包括数据发送转换单元、数据接收转换单元和控制监测单元；数据发送转换单元将用户接口输出的四路25Gb/s电信号转换为两路50Gb/s的PAM4光信号，再合成一路光信号输出；数据接收转换单元将接收到的一路光信号还原为两路单波长光信号，再转化为四路25Gb/s电信号输出至用户接口；控制监测单元维持模块内各功能单元的正常工作。本实用新型利用PAM4信号在高速传输方面的优势，实现了100Gb/s信号在光纤上的有效传输，采用QSFP28封装保证了100G光模块器件的小型化，有利于提高集成度。

Description

一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块

【技术领域】

本实用新型涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块。

【背景技术】

随着互联网数据业务等的不断进步，对带宽的需求不断提升，光传输模块的更新换代也将必然稳步进行。传统的100G光传输模块中，主要基于非归零码(Non-Return-to-Zero，简写为NRZ)信号，但基于NRZ信号的传输速度较慢，而且随着传输速率的提升，基于传统NRZ信号的光模块结构复杂、成本高昂。同时，随着5G技术的发展，大型数据中心的面板的密度更大，从而对光模块的集成度有了更高的要求，对光模块的成本与稳定性也有更高的要求。而目前，100G光传输模块通常采用陶瓷扁平封装(Ceramic Flat Packaging，简写为CFP)或CFP2封装，封装体积较大，且限制了端口密度，难以达到小封装体积100G光模块的需求。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【实用新型内容】

本实用新型需要解决的技术问题是：

传统的光传输模块中，基于NRZ信号的传输速度较慢，影响100Gb/s速率信号在光纤上的有效传输，且100G光传输模块通常采用CFP或CFP2封装，体积较大，限制端口密度，难以达到小封装体积100G光模块的需求。

本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：

本实用新型提供了一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，光传输模块采用QSFP28封装，包括数据发送转换单元、数据接收转换单元和控制监测单元；其中，所述数据发送转换单元的输入端与用户接口连接，所述数据接收转换单元的输出端与用户接口连接，所述控制监测单元的输入端和输出端分别与用户接口连接；

所述数据发送转换单元用于将用户接口输出的四路25Gb/s的NRZ电信号合成转换为两路50Gb/s的PAM4光信号，再合成一路光信号后输出；

所述数据接收转换单元用于将接收到的一路光信号还原为两路单波长光信号，再转化为四路25Gb/s的NRZ电信号输出至所述用户接口；

所述控制监测单元用于实现光传输模块内各信息的交互，以便用户管理，同时实现光传输模块内各功能单元的控制和监测，使光传输模块工作在预设工作状态。

优选的，所述数据发送转换单元包括顺次连接设置的PAM4编解码器件、两个驱动放大器、两个光发射组件和光复用器；其中，所述PAM4编解码器件的输入端与所述用户接口连接；

所述PAM4编解码器件用于将所述用户接口输出的四路25Gb/s的NRZ电信号实时转换为两路50Gb/s的PAM4电信号，并将两路电信号传输至所述两个驱动放大器；

所述两个驱动放大器用于对接收到的两路电信号进行放大，并将放大后的两路电信号传输至所述两个光发射组件；

所述两个光发射组件用于将接收到的两路电信号转换为两路光信号，并传输至所述光复用器；

所述光复用器用于将接收到的两路光信号合成为一路光信号后输出。

优选的，在所述光发射组件中，采用EML激光器将接收到的电信号转换为光信号。

优选的，在所述光复用器中，采用CWDM将两路光信号合成一路光信号。

优选的，所述两路光信号的波长间隔为4nm-6nm。

优选的，所述数据接收转换单元包括顺次连接设置的解复用器、两个光接收组件和PAM4编解码器件；

其中，所述解复用器的输入端与所述光复用器的输出端连接，所述PAM4编解码器件的输出端与所述用户接口连接，且所述数据发送转换单元和所述数据接收转换单元采用同一个PAM4编解码器件；

所述解复用器用于将接收到的一路光信号还原为两路单波长光信号，并将两路单波长光信号传输至所述两个光接收组件；

所述两个光接收组件用于将接收到的两路单波长光信号转换为两路电信号，并将两路电信号传输至所述PAM4编解码器件；

所述PAM4编解码器件用于将接收到的两路电信号转化为四路25Gb/s的NRZ电信号，并将四路25Gb/s的NRZ电信号输出至所述用户接口。

优选的，所述光接收组件包括顺次连接的光探测器和跨阻限幅放大器，所述光探测器的输入端与所述解复用器连接，所述跨阻限幅放大器的输出端与所述PAM4编解码器件连接；

所述光探测器用于将接收到的光信号转换为光电流，并传输至所述跨阻限幅放大器；所述跨阻限幅放大器用于将接收到的光电流转换为电压信号，并传输至所述PAM4编解码器件。

优选的，在所述光接收组件中，所述光探测器采用雪崩光电二极管。

优选的，所述数据发送转换单元与所述数据接收转换单元之间还设有光学连接器；所述光学连接器的输入端与所述光复用器的输出端连接，所述光学连接器的输出端与所述解复用器的输入端连接。

优选的，所述用户接口采用38针接头。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的光传输模块中，利用PAM4信号相对于NRZ信号在高速传输方面的优势，实现了100Gb/s信号在光纤上的有效传输；采用QSFP28封装，整个封装体积仅有传统CFP/CFP2封装100G光模块的三分之一到二分之一，端口密度更大，保证了100G光模块器件的小型化，有利于提高集成度，更能适应高级程度的数据中心或基站的要求。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块的结构组成框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块的具体结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块的具体结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

考虑到与传统的NRZ信号相比，四脉冲幅度调制(4Pulse Amplitude Modulation，简写为PAM4)模式能够在相同波特率下传输两倍于NRZ信号的数据，在无需大改***的前提下翻倍光模块的传输速度。因此，为克服传统NRZ制式传输高速信号所遇到的困难，本实用新型采用了将四路相对较低速的NRZ信号合成四路相对较高速的PAM4信号进行传输的方案，以PAM4取代NRZ应用于光传输模块中，提供了一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块。

如图1所示，本实用新型实施例提供的光传输模块采用四通道小型可插拔(QuadSmall Form-factor Pluggable，简写为QSFP)封装中的QSFP28封装，光传输模块包括数据发送转换单元、数据接收转换单元和控制监测单元三个功能部分。其中，所述数据发送转换单元的输入端与用户接口连接，所述数据接收转换单元的输出端与用户接口连接，所述控制监测单元的输入端和输出端分别与用户接口连接。各部分的功能如下：

所述数据发送转换单元用于将用户接口输出的四路25Gb/s的NRZ电信号合成转换为两路50Gb/s的PAM4光信号，再合成一路光信号后输出；

所述数据接收转换单元用于将接收到的一路光信号还原为两路单波长光信号，再转化为四路25Gb/s的NRZ电信号输出至所述用户接口；

所述控制监测单元用于维持光传输模块的正常工作，具体包括两个部分：一是实现光传输模块内各信息的交互，以便用户对光传输模块的管理；二是通过模块内部的微控制器实现光传输模块内各功能单元的控制和监测，使光传输模块工作在预设工作状态，即用户设定的工作状态。

其中，各个功能部分(如内部电子芯片)都采用了高集成度、生产工艺成熟的部件，皆能大规模生产和采购，有利于降低成本，确保集成度的要求，并适合于今后可能的大规模采购、安装、使用。

本实用新型实施例提供的上述光传输模块中，利用PAM4信号相对于NRZ信号在高速传输方面的优势，实现了100Gb/s信号在光纤上的有效传输；采用QSFP28封装，整个封装体积仅有传统CFP/CFP2封装100G光模块的三分之一到二分之一，端口密度更大，保证了100G光模块器件的小型化，有利于提高集成度，更能适应高级程度的数据中心或基站的要求。

在一个具体的实施例中，所述光传输模块的整体结构组成如图2所示。所述用户接口采用38针接头(即38PIN CONNECTOR)，所述控制监测单元(即Alarm/Control/Monitor)与所述用户接口38PIN CONNECTOR相连接，以支持各部分组件的正常工作。

继续参考图2，所述数据发送转换单元包括顺次连接设置的PAM4编解码器件、两个驱动放大器(即图中Driver 11和Driver 12)、两个光发射组件(即图中TOSA 21和TOSA 22)和光复用器(即图中Mux)；其中，所述PAM4编解码器件的输入端与所述用户接口38PINCONNECTOR连接。在所述数据发送转换单元中，数据发送转换过程具体如下：

所述PAM4编解码器件将所述用户接口38PIN CONNECTOR输出的四路25Gb/s速率的NRZ电信号(即图中TX0、TX1、TX2、TX3)实时转换为两路50Gb/s的PAM4电信号，并完成数据均衡、抖动控制等功能，然后将两路电信号传输至所述两个驱动放大器Driver 11和Driver12；所述两个驱动放大器对接收到的两路电信号进行放大，并将放大后的两路电信号传输至所述两个光发射组件TOSA 21和TOSA 22；所述两个光发射组件利用内部的激光器将接收到的两路电信号转换为两路光信号，并传输至所述光复用器Mux；所述光复用器Mux将接收到的两路光信号合成为一路光信号后输出，从而实现在光网络的光纤线路上的数据发送。其中，在所述光复用器Mux中，采用粗波分复用(Coarse Wavelength DivisionMultiplexer，简写为CWDM)技术将两路光信号合成一路光信号，两路光信号的波长间隔为4nm-6nm，通常为5nm。

继续参考图2，所述数据接收转换单元包括顺次连接设置的解复用器(即图中Demux)、两个光接收组件(即图中ROSA 31和ROSA 32)和PAM4编解码器件。其中，所述解复用器Demux的输入端与所述光复用器Mux的输出端连接，所述PAM4编解码器件的输出端与所述用户接口38PIN CONNECTOR连接，且所述数据发送转换单元和所述数据接收转换单元采用同一个PAM4编解码器件。在所述数据接收转换单元中，数据接收转换过程具体如下：

所述解复用器Demux将接收到的一路CWDM光信号还原为两路单波长光信号，并将两路单波长光信号传输至所述两个光接收组件ROSA 31和ROSA 32；所述两个光接收组件将接收到的两路单波长光信号转换为两路电信号，并将两路电信号传输至所述PAM4编解码器件；所述PAM4编解码器件将接收到的两路电信号转化为四路25Gb/s的NRZ电信号(即图中RX0、RX1、RX2、RX3)，并实现时钟数据恢复、信号调理等功能，然后将四路25Gb/s的NRZ电信号输出至所述用户接口38PIN CONNECTOR。至此完成光传输模块内部的环回功能。

其中，所述光接收组件ROSA包括顺次连接的光探测器和跨阻限幅放大器，所述光探测器的输入端与所述解复用器Demux连接，所述跨阻限幅放大器的输出端与所述PAM4编解码器件连接。到达光接收组件ROSA的光信号先进入所述光探测器，所述光探测器根据光强大小将接收到的光信号转换为光电流，并将光电流传输至所述跨阻限幅放大器；所述跨阻限幅放大器再将接收到的光电流转换为电压信号并放大，然后将转换放大后的电压信号传输至所述PAM4编解码器件。

由于PAM4制式传输易受干扰产生误码，主流基于PAM4的光传输模块的传输距离多在10km以下，难以实现中长距离的PAM4信号的正常通信。为了光接收组件ROSA获得更佳的信号质量，实现中长距离的稳定传输，在数据发送转换单元的光发射组件TOSA中，采用电吸收调制激光器(Electlro-absorption Modulated Laser，简写为EML)将接收到的电信号转换为光信号。相比直接调制激光器(Directly Modulated Laser，简写为DML)，EML激光器有更好的带宽，从而获得更佳的信号质量，因此采用PAM4制式信号也能够满足中长传输的需求，而且技术上也更加成熟，整体设计也能够满足QSFP封装的要求。另外，若在所述光接收组件ROSA中，所述光探测器采用雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode，简写为APD)，则整个光传输模块的传输距离可以达到40km的长距离。

在另一个具体的实施例中，所述光传输模块的整体结构组成如图3所示。在图2提供的光传输模块的基础上，所述数据发送转换单元与所述数据接收转换单元之间还设有光学连接器(即图中Optical Connector)；所述光学连接器Optical Connector的输入端与所述光复用器Mux的输出端连接，所述光学连接器Optical Connector的输出端与所述解复用器Demux的输入端连接；其余各结构均与图2所描述的实施例相同，在此不做赘述。基于图3的光传输模块，数据发送转换和数据接收转换的过程具体如下：

所述PAM4编解码器件将所述用户接口38PIN CONNECTOR输出的四路25Gb/s速率的NRZ电信号(即图中TX0、TX1、TX2、TX3)实时转换为两路50Gb/s的PAM4电信号，并完成数据均衡、抖动控制等功能，然后将两路电信号传输至所述两个驱动放大器Driver 11和Driver12；所述两个驱动放大器对接收到的两路电信号进行放大，并将放大后的两路电信号传输至所述两个光发射组件TOSA 21和TOSA 22；所述两个光发射组件利用内部的EML激光器将接收到的两路电信号转换为两路光信号，并传输至所述光复用器Mux；所述光复用器Mux将接收到的两路光信号合成为一路CWDM光信号，并输出至所述光学连接器OpticalConnector，从而实现在光网络的光纤线路上的数据发送。

所述光学连接器Optical Connector将接收到的一路CWDM光信号传输至所述解复用器Demux，所述解复用器Demux将接收到的一路CWDM光信号还原为两路单波长光信号，并将两路单波长光信号传输至所述两个光接收组件ROSA 31和ROSA 32；所述两个光接收组件将接收到的两路单波长光信号转换为两路电信号，并将两路电信号传输至所述PAM4编解码器件；所述PAM4编解码器件将接收到的两路电信号转化为四路25Gb/s的NRZ电信号(即图中RX0、RX1、RX2、RX3)，并实现时钟数据恢复、信号调理等功能，然后将四路25Gb/s的NRZ电信号输出至所述用户接口38PIN CONNECTOR。至此完成光传输模块内部的环回功能。

综上所述，本实用新型实施例提供的100G-QSFP28光传输模块具有以下有益效果：

利用PAM4信号相对于NRZ信号在高速传输方面的优势，以及EML激光器工艺成熟、信号质量优的特点，实现了100Gb/s信号在中长距离光纤上的稳定有效传输；

采用QSFP28封装，整个封装体积仅有传统CFP/CFP2封装100G光模块的三分之一到二分之一，端口密度更大，保证了100G光模块器件的小型化，有利于提高集成度，更能适应高级程度的数据中心或基站的要求；

使用的芯片与器件均采用了技术工艺非常成熟的产品，可大规模生产和采购，有利于降低成本，适合于今后可能的大规模采购、安装、使用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，光传输模块采用QSFP28封装，包括数据发送转换单元、数据接收转换单元和控制监测单元；其中，所述数据发送转换单元的输入端与用户接口连接，所述数据接收转换单元的输出端与用户接口连接，所述控制监测单元的输入端和输出端分别与用户接口连接；

所述数据发送转换单元用于将用户接口输出的四路25Gb/s的NRZ电信号合成转换为两路50Gb/s的PAM4光信号，再合成一路光信号后输出；

所述数据接收转换单元用于将接收到的一路光信号还原为两路单波长光信号，再转化为四路25Gb/s的NRZ电信号输出至所述用户接口；

所述控制监测单元用于实现光传输模块内各信息的交互，以便用户管理，同时实现光传输模块内各功能单元的控制和监测，使光传输模块工作在预设工作状态。

2.根据权利要求1所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，所述数据发送转换单元包括顺次连接设置的PAM4编解码器件、两个驱动放大器、两个光发射组件和光复用器；其中，所述PAM4编解码器件的输入端与所述用户接口连接；

所述PAM4编解码器件用于将所述用户接口输出的四路25Gb/s的NRZ电信号实时转换为两路50Gb/s的PAM4电信号，并将两路电信号传输至所述两个驱动放大器；

所述两个驱动放大器用于对接收到的两路电信号进行放大，并将放大后的两路电信号传输至所述两个光发射组件；

所述两个光发射组件用于将接收到的两路电信号转换为两路光信号，并传输至所述光复用器；

所述光复用器用于将接收到的两路光信号合成为一路光信号后输出。

3.根据权利要求2所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，在所述光发射组件中，采用EML激光器将接收到的电信号转换为光信号。

4.根据权利要求2所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，在所述光复用器中，采用CWDM将两路光信号合成一路光信号。

5.根据权利要求4所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，所述两路光信号的波长间隔为4nm-6nm。

6.根据权利要求2所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，所述数据接收转换单元包括顺次连接设置的解复用器、两个光接收组件和PAM4编解码器件；

其中，所述解复用器的输入端与所述光复用器的输出端连接，所述PAM4编解码器件的输出端与所述用户接口连接，且所述数据发送转换单元和所述数据接收转换单元采用同一个PAM4编解码器件；

所述解复用器用于将接收到的一路光信号还原为两路单波长光信号，并将两路单波长光信号传输至所述两个光接收组件；

所述两个光接收组件用于将接收到的两路单波长光信号转换为两路电信号，并将两路电信号传输至所述PAM4编解码器件；

所述PAM4编解码器件用于将接收到的两路电信号转化为四路25Gb/s的NRZ电信号，并将四路25Gb/s的NRZ电信号输出至所述用户接口。

7.根据权利要求6所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，所述光接收组件包括顺次连接的光探测器和跨阻限幅放大器，所述光探测器的输入端与所述解复用器连接，所述跨阻限幅放大器的输出端与所述PAM4编解码器件连接；

所述光探测器用于将接收到的光信号转换为光电流，并传输至所述跨阻限幅放大器；所述跨阻限幅放大器用于将接收到的光电流转换为电压信号，并传输至所述PAM4编解码器件。

8.根据权利要求7所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，在所述光接收组件中，所述光探测器采用雪崩光电二极管。

9.根据权利要求6所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，所述数据发送转换单元与所述数据接收转换单元之间还设有光学连接器；所述光学连接器的输入端与所述光复用器的输出端连接，所述光学连接器的输出端与所述解复用器的输入端连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的基于PAM4的100G-QSFP28光传输模块，其特征在于，所述用户接口采用38针接头。

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