CN214626994U - 25g cwdm光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种25G CWDM光模块，能够提高端口密度、较低功耗。本实用新型通过下述技术方案实现：光接收组件采用25G PIN激光器，通过内置PIN光电二极管接收光纤中传输的光信号，并将转换为的光电流通过内置跨阻放大器转换为电压并进行放大，外部设备通过SFP28电气接口向电路芯片U2中的激光驱动器/CDR发送电信号，电信号经过所述激光驱动器/CDR内置均衡器、时钟数据恢复和DML驱动器进行调制后送入光发射组件U5中；自动补偿光发射组件U5由于环境温度的变化引起的光功率变化，保证光发射组件发送恒定的激光，通过调制的电信号将恒定激光调制为带有数据调制信号的激光，并发送至输出光纤中。

Description

25G CWDM光模块

技术领域

本实用新型是关于光通信领域，涉及一种主要用于电信领域和数据中心领域的25G CWDM光模块。

背景技术

在光模块技术领域中，光模块由光收/发组件、功能电路和光接口等组成，光收发组件包括发射(TX）和接收（RX）两部分。光模块是标准的光电转换器，其发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送，接收端再把光信号转换成电信号。电信领域的光模块通常对传输距离有较高的要求。在数据中心中，光模块主要用于数据中心内部服务器、存储设备之间的互联，供数据中心使用的光模块要求传输速率快，但是传输距离相对较短。

随着5G时代的到来，光模块的需求急剧攀升。目前，100Gb/s光模块主要采用QSFP28封装形式，400 Gb/s光收发模块的封装形式，由于实现难度大，主要集中在OSFP 和QSFP-DD两大多源协议上。对于40G光模块和100G光模块，其价格高、功耗大，使其在成本和节能上没有太多优势。而对于早几年用量较大的10G光模块，其价格和功耗虽低，但速率又无法满足当前需求。采用25G CWDM光模块正好弥补上述三者的不足。在5G网络搭建中，光模块作为必不可少的光通信器件，它的作用是实现光信号和电信号之间的相互转化。就目前而言，5G前传基站用的比较广泛的是25G光模块。25G光模块其采用SFP28小封装结构。具有更高的端口密度和较少的交换机和线缆数量，而且功耗也相对较低，最佳输入/输出性能和光纤容量是10G以太网性能的2.5倍。因而广泛应用于5G前传基站的建设中。25G光模块采用SFP28封装类型，LC接口，根据标准的不同，分为25GBase-SR、25GBase-LR、25GBASE-ER等。25GBase-SR光模块主要用于短距离传输，最高可在100M内传输，中心波长为850nm，LC接口。25GBase-LR光模块主要用于中短距离传输，支持10KM传输距离，中心波长为1310nm，双LC接口。 25GBASE-ER光模块主要用于中长距离传输，支持40KM传输距离，中心波长为1310nm，双LC接口。5G BIDI SFP28单纤双向光模块，主要用于中短距离传输，支持10KM传输距离，中心波长为1330/1270nm，全双工收发一体，最大功耗小于1.2W。25G CWDM SFP28单纤光模块主要用于中短距离传输，支持10KM传输距离，中心波长为1270-1370nm。目前，市面上的25GSFP28 LWDM光模块能够在一根光纤上实现多路信号传输，但是成本更低，因此25G SFP28LWDM模块有趋势成为5G前传网络中更加灵活而稳定的解决方案。25G SFP28 LWDM光模块的波长间隔是4nm, 比25G CWDM光模块的波长间隔窄很多，所以会产生较大的波长偏移。通常情况下，SFP28 LWDM光模块的工作温度是-40℃～ 85℃，1℃大概会产生1nm的波长偏移，由于25G LWDM光模块的温度跨度是125℃，所以SFP28 LWDM可能会产生12.5nm的波长偏移。为了保证传输的稳定性，TEC温控对于25G SFP28 LWDM光模块来说是必不可少的，因为它可以通过电荷载体在导体中运动形成电流，当直流通过两种不同的导体材料，接触端上将产生吸热或放热现象，能够使激光器长期、稳定地工作在设定温度下，从而稳定波长，这样25GSFP28 LWDM光模块才能够在较恶劣的的环境下保证稳定准确的数据传输。在接收器的设计上，由于SFP28 25G CWDM光模块色散大，传输稳定性有风险，因此需要更昂贵的APD接收器来确保传输的稳定性。25G DWDM SFP28光模块主要用于满足5G前传业务的需求，其器件采用EML+APD方案，最大速率高达25.78125Gbps，通过单模光纤传输距离最高可达10km。在5G网络部署中，直连场景一般采用25G光模块，支持单纤和双纤双向这两种类型。25G多模光模块中心波长为850nm，双工LC接口，多模，工作温度为0°C～70°C，发送光功率为发送光功率为-8.4至+2.4dBm，采用OM4多模光纤可传输至100米。传统三层网络由底层的接入层（Access）、中层的汇聚层（Aggregation）和上层的核心层（Core）组成，其中，接入层是向本地网段提供工作站接入，为服务器提供连接；汇聚层是提供接入层之间、接入层与核心层的连接；核心层提供汇聚层之间的高吞吐量连接、同时与骨干网连接（核心层可与汇聚层合并）。这种三层拓扑结构适用于数据中心与外部的数据传输（纵向传输），但是不利于数据中心内部的数据传输（横向传输），主机间传输需经过多台网络设备，造成较大的延迟性甚至阻塞数据传输。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够提高端口密度、较低功耗和价格的，稳定且具有成本效益，基于5G网络下进行光传输的25G CWDM光模块，提高端口密度、较低功耗和价格的问题。

本实用新型的上述目的可以通过以下技术方案予以实现：一种25G CWDM光模块，包括：连接接收光纤的光接收组件U6，连接发送光纤的光发送组件U5，连接在电路芯片U2与SFP28电气接口U4之间的MCU微控制器U1和电源管理芯片U3，其特征在于：光接收组件采用25G PIN激光器，通过内置PIN光电二极管接收光纤中传输的光信号，并将转换为的光电流通过内置跨阻放大器（TIA）转换为电压并进行放大，外部设备通过SFP28电气接口向电路芯片U2中的激光驱动器/CDR发送电信号，电信号经过所述激光驱动器/CDR内置均衡器、时钟数据恢复和DML驱动器进行调制后送入光发射组件U5中。与此同时所述激光驱动器/CDR向光发射组件U5提供偏置电流，并利用其内部的自动功率控制APC电路动态调节光发射组件U5的偏置电流大小，自动补偿光发射组件U5由于环境温度的变化或自身老化引起的输出光功率变化，保证光发射组件U5发送恒定的激光，光发射组件U5通过调制的电信号将恒定激光调制为带有数据调制信号的激光，并发送至输出光纤中。

本实用新型相比于现有技术具有如下有益效果：

本实用新型采用连接接收光纤的光接收组件U6，连接发送光纤的光发送组件U5，连接在电路芯片U2与SFP28电气接口U4之间的MCU微控制器U1和电源管理芯片U3构成25GCWDM光模块，25G CWDM光模块的传输速度可达25Gb/s，最佳输入/输出性能和光纤容量是10G以太网性能的2.5倍。同时使用2条光纤通道可达到50G的传输速率，满足5G光网络的传输需求。而如果用10G光模块来实现40G的光模块的话，则需要4条10G光纤通道来实现。相比之下，25G CWDM光模块非常具有优势。

本实用新型光接收组件采用25G PIN激光器，通过内置PIN光电二极管接收光纤中传输的光信号，并将转换为的光电流通过内置跨阻放大器（TIA）转换为电压并进行放大，外部设备通过SFP电气接口向电路芯片U2中的激光驱动器/CDR发送电信号，电信号经过所述激光驱动器/CDR内置均衡器、时钟数据恢复和DML驱动器进行调制后送入光发射组件U5中。具有更高的端口密度和较少的交换机和线缆数量，而且功耗也相对较低。这种25G CWDM光模块采用与10G光模块相同的SFP28小封装结构，而传输容量却达到25G，相比10G光模块提高了端口密度和较少的交换机和线缆数量。对于QSFP封装结构的40G和100G光模块来说，封装尺寸大、功耗高，而采用SFP28小封装结构的25G CWDM光模块功耗就要低很多。

附图说明

图1是本实用新型25G CWDM光模块的原理框图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种25G CWDM光模块，包括：连接接收光纤的光接收组件U6，连接发送光纤的光发送组件U5，连接在电路芯片U2与SFP28电气接口U4之间的MCU微控制器U1和电源管理芯片U3，其中：光接收组件采用25G PIN激光器，通过内置PIN光电二极管接收光纤中传输的光信号，并将转换为的光电流通过内置跨阻放大器（TIA）转换为电压并进行放大，外部设备通过SFP28电气接口向电路芯片U2中的激光驱动器/CDR发送电信号，电信号经过所述激光驱动器/CDR内置均衡器、时钟数据恢复和DML驱动器进行调制后送入光发射组件U5中。与此同时所述激光驱动器/CDR向光发射组件U5提供偏置电流，并利用其内部的自动功率控制APC电路动态调节光发射组件U5的偏置电流大小，自动补偿光发射组件U5由于环境温度的变化或自身老化引起的输出光功率变化，保证光发射组件U5发送恒定的激光，光发射组件U5通过调制的电信号将恒定激光调制为带有数据调制信号的激光，并发送至输出光纤中。

优选的，所述电路芯片U2选用SEMTECH公司的GN2152。

优选的，所述电源管理芯片U3为SGM2564。

优选的，所述光发送组件U5为25G DFB TOSA激光器，波长为6个波段，分别为1270nm、1290nm、1310nm、1330nm、1350nm和1370nm。

优选的，所述光接收组件U5采用25G PIN ROSA激光器，波长为6个波段，分别为1270nm、1290nm、1310nm、1330nm、1350nm和1370nm。

优选的，所述微控制器U1为8051内核单片机，选用Silicon Labs公司的EFM8LB12F32微控制器芯片。

光接收组件U6、电路芯片U2和SFP28电气接口U4组成接收电路。光接收组件U6中的PIN光电二极管接收光纤中传输的光信号并将其转换为光电流，然后通过光接收组件U6内部的跨阻放大器（TIA）将光电流转换为电压并进行放大，被TIA放大的电压通过高速信号线送入到所述限幅放大器/CDR中，由限幅放大器/CDR进行数据时钟采样、二次放大和缓存处理后通过SFP28电气接口送入到外部设备中。

限幅放大器/CDR中集成了一个输入均衡器，用于补偿光接收组件输出和电路芯片输入之间的损失；限幅放大器具有14mVp-p的高灵敏度、0.7UI高频抖动容限的CDR再定时器，CML输出驱动器提供可编程的输出摆幅和去加重增益，以补偿SFP28模块和主机板之间的通道损耗。

所述电路芯片包括限幅放大器/CDR、激光驱动器/CDR，光接收组件U6将接收光纤中的光信息转换为电信号并传输到限幅放大器/CDR中，限幅放大器/CDR将光接收组件U6接收到的信号进行时钟采样、放大等处理后，向SFP28电气接口U4输出电信号；MCU微控制器U1实现数字诊断功能以及对电路芯片的管理和控制功能后，通过激光驱动器/CDR将SFP28电气接口U4发送的电信号进行调制处理，通过光发送组件U5将电信号转换为光信号发送至发送光纤中。所述电源管理芯片用于电路芯片和MCU微控制器的电源管理。

MCU微控制器包含高精度的温度传感器和电压传感器，温度传感器用于所述25GCWDM光模块的实时温度监控、消光比查找表和APC查找表运行，电压传感器用于所述25GCWDM光模块的实时电压监控。

MCU微控制器把中央处理器CPU的频率与规格做适当缩减，并将内存Memory、计数器Timer、USB、模数A/D转换器、通用异步收发传输器UART、可编程逻辑控制器PLC和直接内存Memory通过一组专用总线将内部和外部存储器与每个具有直接存储存取方式（DMA）能力的外设连接起来，DMA在存储器与输入输出设备间直接传送数据，可编程逻辑控制器PLC访问外设DMA控制器周边接口，将可编程逻辑控制器PLC 芯片驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

所述电源管理芯片用于电路芯片和MCU微控制器的电源管理。

激光驱动器/CDR内部集成了一个用户可编程输入均衡器，用于补偿主机ASIC和25G SFP CWDM光模块之间的信道损耗，当数据速率在24.3Gbps到28.1Gbps之间时，使用reference-free CDR清理输入抖动。如果需要更低的数据速率，可以选择绕过CDR，DML激光驱动器驱动用于外部的光发射组件U5，具有用户可编程的偏置电流、调制电流、交叉点调节和眼图调节功能，便于在25G SFP CWDM光模块调试和生产过程中优化光学眼图的质量。

光发射组件U5、电路芯片U2和SFP28电气接口U4组成发射电路，光发射组件U5采用1270nm、1290nm、1310nm、1330nm、1350nm或1370nm的分布式反馈激光器（DFB），其最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种25G CWDM光模块，包括：连接接收光纤的光接收组件U6，连接发送光纤的光发送组件U5，连接在电路芯片U2与SFP28电气接口U4之间的MCU微控制器U1和电源管理芯片U3，其特征在于：光接收组件采用25G PIN激光器，通过内置PIN光电二极管接收光纤中传输的光信号，并将转换为的光电流通过内置跨阻放大器TIA转换为电压并进行放大，外部设备通过SFP28电气接口向电路芯片U2中的激光驱动器发送电信号，电信号经过所述激光驱动器/CDR内置均衡器、时钟数据恢复和DML驱动器进行调制后送入光发射组件U5中；与此同时所述激光驱动器向光发射组件U5提供偏置电流，并利用其内部的自动功率控制APC电路动态调节光发射组件U5的偏置电流大小，自动补偿光发射组件U5由于环境温度的变化或自身老化引起的输出光功率变化，保证光发射组件U5发送恒定的激光，光发射组件U5通过调制的电信号将恒定激光调制为带有数据调制信号的激光，并发送至输出光纤中。

2.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：光接收组件U6、电路芯片U2和SFP28电气接口U4组成接收电路，光接收组件U6中的PIN光电二极管接收光纤中传输的光信号并将其转换为光电流，然后通过光接收组件U6内部的跨阻放大器TIA将光电流转换为电压并进行放大，被TIA放大的电压通过高速信号线送入到所述限幅放大器/CDR中，由限幅放大器/CDR进行数据时钟采样、二次放大和缓存处理后通过SFP28电气接口送入到外部设备中。

3.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：限幅放大器/CDR中集成了一个输入均衡器，用于补偿光接收组件输出和电路芯片输入之间的损失；限幅放大器具有14mVp-p的高灵敏度、0.7UI高频抖动容限的CDR再定时器，CML输出驱动器提供可编程的输出摆幅和去加重增益，以补偿SFP28模块和主机板之间的通道损耗。

4.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：所述电路芯片包括限幅放大器/CDR、激光驱动器/CDR，光接收组件U6将接收光纤中的光信息转换为电信号并传输到限幅放大器/CDR中，限幅放大器/CDR将光接收组件U6接收到的信号进行时钟采样、放大处理后，向SFP28电气接口U4输出电信号。

5.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：MCU微控制器U1实现数字诊断功能以及对电路芯片的管理和控制功能后，通过激光驱动器/CDR将SFP28电气接口U4发送的电信号进行调制处理，通过光发送组件U5将电信号转换为光信号发送至发送光纤中。

6.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：MCU微控制器包含高精度的温度传感器和电压传感器，温度传感器用于所述25G CWDM光模块的实时温度监控、消光比查找表和APC查找表运行，电压传感器用于所述25G CWDM光模块的实时电压监控。

7.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：MCU微控制器把中央处理器CPU的频率与规格做缩减，并将内存Memory、计数器Timer、USB、模数A/D转换器、通用异步收发传输器UART、可编程逻辑控制器PLC和直接内存Memory通过一组专用总线将内部和外部存储器与每个具有直接存储存取方式DMA能力的外设连接起来，DMA在存储器与输入输出设备间直接传送数据，可编程逻辑控制器PLC访问外设DMA控制器周边接口，将可编程逻辑控制器PLC 芯片驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

8.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：所述电源管理芯片用于电路芯片和MCU微控制器的电源管理。

9.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：激光驱动器/CDR内部集成了一个用户可编程输入均衡器，用于补偿主机ASIC和25G SFP CWDM光模块之间的信道损耗，当数据速率在24.3Gbps到28.1Gbps之间时，使用reference-free CDR清理输入抖动；如果需要更低的数据速率，选择绕过CDR，DML激光驱动器驱动外部的光发射组件U5。

10.如权利要求1所述的25G CWDM光模块，其特征在于：光发射组件U5、电路芯片U2和SFP28电气接口U4组成发射电路，光发射组件U5采用1270nm、1290nm、1310nm、1330nm、1350nm或1370nm的分布式反馈激光器DFB。

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