CN105871471A - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光模块，包括：主控芯片以及分别与主控芯片相连的激光发射器和激光接收器，其中激光接收器包括：PIN光电二极管、跨阻不小于的43K欧姆的跨阻放大器、透镜和壳体，PIN光电二极管和跨阻放大器电连接，PIN光电二极管、跨阻放大器和透镜同轴封装在壳体内，透镜上镀有增透膜。本发明通过采用PIN光电二极管搭配高增益跨阻放大器来代替APD实现GPON网络高灵敏度的长距离传输，从而可以有效的降低成本，并解决目前选用APD实现高灵敏度的长距离传输所带来的干扰大、稳定性差等诸多劣势；另外，激光接收器的透镜上镀设的增透膜，减小了接收光的反射，增大了透射光，进而提高了灵敏度。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及光通信技术，尤其涉及一种光模块。

背景技术

随着互联网的飞速发展，人们对网络资源的需求急速增长，光纤到户(Fiber To The Home，简称FTTH)的部署规模也越来越大。作为光纤通信系统的核心部件—光模块，由于当前世界范围内对其的海量需求，也使得光模块的成本控制在整个光模块的研发生产过程中显得尤为重要。

具有数字诊断功能的无源光接入系统(Gigabit-Capable PON，简称GPON)光网络单元(Optical Network Unit，简称ONU)光模块是近年来市场上的主流产品，其内部硬件设计多采用集发射、接收、控制为一体的芯片搭配分布反馈激光器(Distributed Feed Back，简称DFB)+雪崩光电二极管(Avalanche PhotoDiode，简称APD)方案设计的双向光传输组件(Bi-Directional OpticalSub-Assembly，简称BOSA)实现智能监控诊断功能及高灵敏度的长距离传输。目前这种方案日趋成熟，各模块厂商之间产品性能质量极为接近，价格战愈演愈烈，这种设计方案除了在芯片、BOSA资源的降价外，已无降价空间。

如何能够以极低的硬件成本实现光模块对数字诊断功能和长距离传输的支持，以满足电信运营商、通信设备商大幅降低光模块成本的需求，是广大光模块开发商亟待解决的主要问题之一。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种光模块，用于降低光模块的成本。

本发明提供一种光模块，包括：主控芯片以及分别与主控芯片相连的激光发射器和激光接收器，激光接收器包括：PIN光电二极管、跨阻不小于43K欧姆的跨阻放大器、透镜和壳体，PIN光电二极管和跨阻放大器电连接，PIN光电二极管、跨阻放大器和透镜同轴封装在壳体内，透镜上镀有增透膜。

在本发明的一实施例中，激光接收器与光模块的外壳之间设置有导电衬垫。

在本发明的一实施例中，主控芯片设置在光模块的印刷电路板PCB上，PCB与激光发射器和激光接收器电连接。

在本发明的一实施例中，光模块为插拔结构，PCB为四层板。

在本发明的一实施例中，光模块为尾纤结构，PCB板为两层板。

在本发明的一实施例中，光模块还包括：插针组件、支架、卡爪和尾塞；其中，插针组件的一端焊接在PCB板上，另一端穿设在支架上；激光发射器和激光接收器通过卡爪固定在外壳和支架之间；尾塞的一端设置在卡爪内。

在本发明的一实施例中，激光发射器封装于光发射组件TOSA中，激光接收器封装于光接收组件ROSA中；或者，激光发射器和激光接收器封装于双向光传输组件BOSA中。

在本发明的一实施例中，主控芯片中内部集成有激光驱动器、接收信号限幅放大器和微控制器，主控芯片通过总线连接有存储器。

本发明实施例提供的光模块，包括：主控芯片以及分别与主控芯片相连的激光发射器和激光接收器，其中激光接收器采用PIN光电二极管搭配跨阻不小于的43K欧姆的高增益跨阻放大器来代替APD实现GPON网络高灵敏度的长距离传输，从而可以有效的降低成本，并解决目前选用APD实现高灵敏度的长距离传输所带来的干扰大、稳定性差等诸多劣势；另外，激光接收器的透镜上镀有增透膜，减小了接收光的反射，增大了透射光，进而提高了灵敏度。

附图说明

图1为本发明提供的光模块实施例一的电路结构示意图；

图2为图1中激光接收器的结构示意图；

图3为图2中激光接收器的A-A向剖视图；

图4为本发明提供的光模块实施例二的整体结构示意图；

图5为本发明提供的光模块实施例二的拆分结构示意图；

图6为图5中BOSA的结构示意图。

附图标记说明：

10-主控芯片； 20-激光发射器；

30-激光接收器；

31-PIN光电二极管； 32-TIA；

33-透镜； 34-壳体；

1-BOSA； 2-外壳；

3-导电衬垫； 4-PCB；

5-插针组件； 6-支架；

7-卡爪； 8-尾塞。

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。

本发明实施例提供的光模块可以应用于GPON网络中的ONU中，以实现高速率、远距离传输；当然，其也可以应用于其他无源光纤网络(PassiveOptical Network，简称PON)，如：以太网无源光网络(Ethernet Passive OpticalNetwork，简称EPON)中的ONU中以传输光纤信号。

本发明实施例所涉及的光模块，旨在解决现有技术中光模块成本高的技术问题。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1为本发明提供的光模块实施例一的电路结构示意图，图2为图1中激光接收器的结构示意图，图3为图2中激光接收器的A-A向剖视图；如图1-图3所示，本实施例提供的光模块，包括：主控芯片10以及分别与主控芯片10相连的激光发射器20和激光接收器30，激光接收器30包括：PIN光电二极管31、跨阻不小于43K欧姆的跨阻放大器TIA32、透镜33和壳体34，PIN光电二极管31和TIA32电连接，PIN光电二极管31、TIA32和透镜33同轴封装在壳体34内，透镜33上镀有增透膜。

具体的，主控芯片10可以为高集成度的三合一芯片，其内部可以集成激光驱动器、接收信号限幅放大器和微控制器；主控芯片10可以在内部集成小容量的存储器，也可以通过总线连接外部存储器，如电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)；激光发射器20可以将主控芯片10输出的电信号转换为光信号在光纤中传输，激光接收器30可以将来自光纤的光信号转换为电信号传输给主控芯片10。

激光发射器20可以封装在光发射组件(Transmitter Optical Subassembly，简称TOSA)中，激光接收器30可以封装在光接收组件(Receiver OpticalSubassembly，简称ROSA)中；或者，激光发射器20和激光接收器30可以一起封装于BOSA中，为了便于说明，本发明实施例中以BOSA为例进行示例性说明。

激光发射器20可以采用光功率闭环设计、或光功率消光比双闭环设计、或开环设计，实现对光功率和消光比的自动控制。其中，在光功率闭环设计中，激光发射器20中集成背光二极管和激光二极管(Laser Diode，简称LD)，主控芯片10根据采集背光二极管的偏置电流，实现自动功率控制，防止LD因为温度的变化斜效率变化，导致光功率不稳定，同时根据LD特性事前产生查找表存于存储器，根据温度的高低来查表，实现消光比在不同温度下的稳定；在光功率消光比双闭环设计中，主控芯片10则根据采集的背光二极管的偏置电流和LD的调制电流的变化，自动进行补偿，从而达到光功率和消光比的稳定；在开环设计中，激光发射器20中不包括背光二极管，需要根据激光发射器20特性事前产生查找表存于存储器，根据温度的高低来查表，实现光功率、消光比在不同温度下的稳定。

在实时监控方面，主控芯片10可以通过芯片内部的寄存器实现对激光驱动器的直接控制，从而达到快速控制响应的目的。具体的，寄存器可以根据不同的实时监控的ONU的温度、供电电压和激光偏置电流、调制电流的情况来对激光驱动器进行及时的控制变化，保证光模块无故障的工作。在接收光功率监控方面，主控芯片10通过对激光接收器30流出的监控电流进行采样实现光模块的数字诊断功能。另外，主控芯片10内部可以集成温度传感器和内部模数转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)进行采集转换，实现温度和电压的监控。

激光接收器30中，PIN光电二极管31的带宽可以为2.5G、10G等，本实施例中优选10G，以保证足够的带宽；跨阻放大器(Trans-impedanceAmplifier，简称TIA)32为跨阻不小于的43K欧姆的高增益TIA，本实施例中优选的，TIA32的跨阻选用51K欧姆，以保证足够的增益效果。

本实施例中，激光接收器30中的PIN光电二极管31、TIA32和透镜33以同轴封装(Transistor Out-line，简称TO)方式封装在壳体34内；其中，透镜33可以为半球形，针对不同的接收波长，可以在透镜102上镀相应波段的增透膜，以减小接收光的反射，增大透射光，进而提高灵敏度；优选的，增透膜的透过率大于98％。

现有技术中，APD能够使原信号光电流发生倍增，具有较高的灵敏度，其可以应用于GPON网络中实现高灵敏度的长距离传输；而PIN光电二极管通常只能应用于EPON网络中，实现短距离的传输。即，目前主流的GPON网络只能采用APD实现高灵敏度的长距离传输，但是，相比PIN光电二极管，APD的成本较高，无法满足现有的市场压力。

而本实施例中，采用跨阻不小于的43K欧姆的高增益TIA32，其可以将PIN光电二极管31转换的微弱电信号进行充分的放大，使得激光接收器30的灵敏度增加，从而能够满足GPON网络长距离传输的要求。也就是说，本实施例中，可以采用PIN光电二极管31搭配super TIA来代替APD实现GPON网络高灵敏度的长距离传输，因此可以有效的降低成本。

另外，现有的采用APD的技术方案，虽然APD能够使原信号光电流发生倍增，从而使接收机的灵敏度增加，但同时噪声电流也有放大，会引入新的噪声成分；并且，在设计上，需要布设升压电路，在高速传输、高密度的印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)上，升压电路的存在，不仅对布板造成了困难，也难免会对接收、发射、驱动信号引入噪声，从而影响模块工作性能；此外，APD的击穿电压随温度变化，需要在驱动芯片中实现温度补偿，而因为APD的一致性问题，若采用相同的温度补偿系数，则会对灵敏度性能上有所影响；另外，在生产工艺上，不同APD的最佳工作电压不同，因此需要首先测试APD的最佳灵敏度工作电压，其次需要针对不同的BOSA调试升压电路实现电压匹配，生产工序复杂，容易出现APD的最佳灵敏度工作电压测试错误、匹配错误等故障，使光模块不能正常工作。而本实施例中，采用PIN光电二极管31搭配跨阻不小于的43K欧姆的高增益TIA32来代替APD，避免了引入新的噪声成分；且根据PIN光电二极管31的工作原理，不需要APD的升压电路，从而降低了成本，简化了电路，增大了布线空间，同时串扰也会大大降低，在一定程度上提高了光模块的工作性能；此外，PIN光电二极管31的温度一致性好，能够避免APD的温度补偿带来的影响，且生产工序简单、稳定性高，避免了APD的最佳灵敏度工作电压测试错误、匹配错误等故障，解决了目前选用APD实现高灵敏度的长距离传输所带来的诸多劣势。

本实施例提供的光模块，包括：主控芯片以及分别与主控芯片相连的激光发射器和激光接收器，其中激光接收器采用PIN光电二极管搭配跨阻不小于的43K欧姆的高增益跨阻放大器来代替APD实现GPON网络高灵敏度的长距离传输，从而可以有效的降低成本，并解决目前选用APD实现高灵敏度的长距离传输所带来的干扰大、稳定性差等诸多劣势；另外，激光接收器的透镜上镀有增透膜，减小了接收光的反射，增大了透射光，进而提高了灵敏度。

图4为本发明提供的光模块实施例二的整体结构示意图，图5为本发明提供的光模块实施例二的拆分结构示意图，本实施例是对上述图1所示实施例的进一步优化。另外，本实施例是以激光发射器20和激光接收器30封装在双向光传输组件BOSA1中为例进行示例性的说明，图6为图5中BOSA的结构示意图。在上述图1所示实施例的基础上，如图5所示，本实施例提供的光模块中，激光接收器30(包含在BOSA1中)与光模块的外壳2之间设置有导电衬垫3。

具体的，导电衬垫3可以是导电泡棉、导电橡胶等；其设置在激光接收器30与外壳2之间(图4中即为BOSA1与外壳2之间)，以使激光接收器30与外壳2充分接触，从而缩短地回路，同时也使参考地电平稳定，防止地噪声的引入而干扰接收的高频信号，进而提高灵敏度。

本实施例中，主控芯片10设置在光模块的PCB4上，PCB4与激光发射器20和激光接收器30电连接。

具体的，本发明实施例中，光模块可以是插拔结构，也可以是尾纤结构，本实施例中是以光模块为插拔结构为例进行示例性说明。PCB可以为两层板、四层板或六层板等。

作为一种可选的实施方式，若光模块为插拔结构，PCB4可以设计为四层板，以降低成本。在进行阻抗匹配时，可以在第二层上设置完整的地平面，以使地回路最短，从而提高抗干扰能力、降低辐射。

作为另一种可选的实施方式，若光模块为尾纤结构，PCB4可以设计为两层板，以降低成本。在进行阻抗匹配时，对于接受信号的高速信号线，可以在信号线的上下两侧双面覆铜，布设地平面，地平面上均匀分布过孔，以使地回路最短，从而提高抗干扰能力、降低辐射。

可选的，本实施例中，光模块还包括：插针组件5、支架6、卡爪7和尾塞8；其中，插针组件5的一端焊接在PCB4板上，另一端穿设在支架6上；激光发射器20和激光接收器30通过卡爪7固定在外壳2和支架6之间；尾塞8的一端设置在卡爪7内。

具体的，插针组件5上的PIN脚可以为20个，其一端焊接在PCB4板上，另一端穿过支架6，以与大板连接来实现信号传输。

BOSA1的一端与PCB4板焊接在一起，另一端固定在卡爪7中，卡爪7卡设在外壳2和支架6之间，以将BOSA1固定在外壳2和支架6形成的管体内。

卡爪7上朝外的一端塞入尾塞8，以起到防尘作用。

本实施例提供的光模块，激光接收器与外壳之间设置有导电衬垫，可以使激光接收器与外壳充分接触，从而缩短了地回路，提高了灵敏度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种光模块，包括：主控芯片以及分别与所述主控芯片相连的激光发射器和激光接收器，其特征在于，所述激光接收器包括：PIN光电二极管、跨阻不小于43K欧姆的跨阻放大器、透镜和壳体，所述PIN光电二极管和所述跨阻放大器电连接，所述PIN光电二极管、所述跨阻放大器和所述透镜同轴封装在所述壳体内，所述透镜上镀有增透膜。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光接收器与所述光模块的外壳之间设置有导电衬垫。

3.根据权利要求1或2所述的光模块，其特征在于，所述主控芯片设置在所述光模块的印刷电路板PCB上，所述PCB与所述激光发射器和所述激光接收器电连接。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述光模块为插拔结构，所述PCB为四层板。

5.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述光模块为尾纤结构，所述PCB板为两层板。

6.根据权利要求4所述的光模块，其特征在于，光模块还包括：插针组件、支架、卡爪和尾塞；其中，所述插针组件的一端焊接在所述PCB板上，另一端穿设在所述支架上；所述激光发射器和所述激光接收器通过所述卡爪固定在所述外壳和所述支架之间；所述尾塞的一端设置在所述卡爪内。

7.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述激光发射器封装于光发射组件TOSA中，所述激光接收器封装于光接收组件ROSA中；或者，所述激光发射器和所述激光接收器封装于双向光传输组件BOSA中。

8.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述主控芯片中内部集成有激光驱动器、接收信号限幅放大器和微控制器，所述主控芯片通过总线连接有存储器。