CN108768534A - 一种光收发一体组件 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提出了一种光收发一体组件，包括：外联光纤的波分复用滤波器、激光器、光电探测器、以及CMOS ASIC芯片；其中，波分复用滤波器、激光器、光电探测器、以及CMOS ASIC芯片共同封装在同一金属腔体内；CMOS ASIC芯片中包括：基座、和固定在基座上的功能模块；其中，功能模块包括：激光器驱动器、限幅放大器、跨阻放大器、微控制器；使用低功耗的CMOS技术，整合在CMOS ASIC芯片，使得整体模块可被统一封装进金属腔体中，以便外接光纤。此方案中的组装模式使得光收发一体组件整体电子器件的功能更完整，高速模块之间的连接在芯片内部实现，减少了由现有技术外接电路板带来的损耗；功能一体化实现，提高了光收发一体组件组装时的便利性及一致性。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，特别涉及一种光收发一体组件。
背景技术
随着近年来宽带网络的飞速发展，数字信号的传输速度也逐渐被重视。目前，光纤是宽带网络中多种传输媒介中最理想的一种，它的特点是传输容量大，传输质量好，损耗小，中继距离长等。
光纤宽带就是把要传送的数据由电信号转换为光信号进行通讯。在光纤的两端分别都装有“光猫”进行信号转换。光调制解调器，光猫也称为单端口光端机，是针对特殊用户环境而研发的一种三件一套的光纤传输设备。光猫是一种类似于基带modem(数字调制解调器)的设备，和基带modem不同的是接入的是光纤专线，是光信号。用于广域网中光电信号的转换和接口协议的转换，接入路由器，是广域网接入。光电收发器是用局域网中光电信号的转换，而仅仅是信号转换，没有接口协议的转换。
光纤收发器一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中，同时在帮助把光纤最后一公里线路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。有了光纤收发器，也为需要将系统从铜线升级到光纤，为缺少资金、人力或时间的用户提供了一种廉价的方案。光纤收发器的作用是，将我们要发送的电信号转换成光信号，并发送出去，进一步地能将接收到的光信号转换成电信号，输入到我们的接收端。
但是目前的光纤收发器采用的是外接组装的方式来生产的，而外接组装方式将带来拼接线路损耗，一致性较低，高速光组件组装时难度较高，良率受到影响。同时，外接组装方式中的电子器件的工作温度难以被精确监控，因而一定程度上影响对电信号转光信号的效率，影响传输距离。
由此，目前需要一种更优的光纤收发器。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种光收发一体组件，用以解决上述问题。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：
本发明实施例提出了一种光收发一体组件，包括：外联光纤的波分复用滤波器、激光器、光电探测器、以及CMOS ASIC芯片；其中，所述波分复用滤波器、所述激光器、所述光电探测器、以及所述CMOS ASIC芯片共同封装在同一金属腔体内；
所述波分复用滤波器分别连接所述激光器与所述光电探测器；
所述激光器与所述光电探测器均连接所述CMOS ASIC芯片；
所述CMOS ASIC芯片中包括：基座、和固定在所述基座上的功能模块；其中，所述功能模块包括：激光器驱动器、限幅放大器、跨阻放大器、微控制器；其中，所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，驱动所述激光器发射激光经由所述波分复用滤波器发送外联的光纤上；通过所述微控制器的控制，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的电信号进行转换，并将转换后的电信号发送至所述限幅放大器，以使所述限幅放大器将获取到的电信号处理为等幅的数字电压信号后输出。
在一个具体的实施例中，所述激光器驱动器为高速电流开关，用于为所述激光器输入调制电流。
在一个具体的实施例中，所述激光器对应有阈值电流；
所述CMOS ASIC芯片中还包括功率自动控制器；
所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，通过所述功率自动控制器为所述激光器提供大于所述阈值电流的直流偏置电流，以使所述激光器在不同温度环境下可稳定平均光功率下输出激光。
在一个具体的实施例中，所述激光器驱动器用于对直流偏置电流进行监控，以及进行故障告警。
在一个具体的实施例中，所述光电探测器用于将经过波分复用滤波器接收的来自光纤的信号转换为模拟电流信号。
在一个具体的实施例中，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的模拟电流信号进行转换，生成模拟电压信号。
在一个具体的实施例中，所述CMOS ASIC芯片中还包括：对所述激光器的温度进行监控的温度传感器。
在一个具体的实施例中，所述CMOS ASIC芯片中还包括：进行电流控制与电压控制的自动控制增益电路。
以此，本发明实施例提出了一种光收发一体组件，包括：外联光纤的波分复用滤波器、激光器、光电探测器、以及CMOS ASIC芯片；其中，所述波分复用滤波器、所述激光器、所述光电探测器、以及所述CMOS ASIC芯片共同封装在同一金属腔体内；所述波分复用滤波器分别连接所述激光器与所述光电探测器；所述激光器与所述光电探测器均连接所述CMOSASIC芯片；所述CMOS ASIC芯片中包括：基座、和固定在所述基座上的功能模块；其中，所述功能模块包括：激光器驱动器、限幅放大器、跨阻放大器、微控制器；其中，所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，驱动所述激光器发射激光经由所述波分复用滤波器发送外联的光纤上；通过所述微控制器的控制，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的电信号进行转换，并将转换后的电信号发送至所述限幅放大器，以使所述限幅放大器将获取到的电信号处理为等幅的数字电压信号后输出。使用低功耗的CMOS技术，整合在CMOS ASIC芯片，使得整体模块可被统一封装进金属腔体中，以便外接光纤。此方案中的组装模式使得光收发一体组件整体电子器件的功能更完整，高速模块之间的连接在芯片内部实现，减少了由现有技术外接电路板带来的损耗；功能一体化实现，提高了光收发一体组件组装时的便利性及一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例提出的一种光收发一体组件的结构示意图。
具体实施方式
在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
实施例
本发明实施例公开了一种光收发一体组件，如图1所示，包括：外联光纤的波分复用滤波器、激光器、光电探测器、以及CMOS ASIC芯片；其中，所述波分复用滤波器、所述激光器、所述光电探测器、以及所述CMOSASIC芯片共同封装在同一金属腔体内；
所述波分复用滤波器分别连接所述激光器与所述光电探测器；
所述激光器与所述光电探测器均连接所述CMOS ASIC芯片；
所述CMOS ASIC芯片中包括：基座、和固定在所述基座上的功能模块；其中，所述功能模块包括：激光器驱动器、限幅放大器、跨阻放大器、微控制器；其中，所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，驱动所述激光器发射激光经由所述波分复用滤波器发送外联的光纤上；通过所述微控制器的控制，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的电信号进行转换，并将转换后的电信号发送至所述限幅放大器，以使所述限幅放大器将获取到的电信号处理为等幅的数字电压信号后输出。
具体的，本方案提供了一种使用CMOS(Complementary MetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)技术，基于多功能ASIC(一种为专门目的而设计的集成电路)专用芯片实现的光收发一体组件(Bi-directional Optical SubAssembly,简称BOSA)。本发明的光收发一体组件包括：激光器(Laser diode，简称LD)、光电探测器(Photodetector，简称PD)，以及一个CMOS ASIC专用芯片。上述模块均在同一基底上组装，使用ASIC技术实现小型化，可将其与波分复用滤波器(Wavelength DivisionMultiplexing，简称WDM)共同封装在同一金属腔体中，并外接光纤。
以此，此方案中使得BOSA整体电子器件的功能更完整，高速模块之间的连接在CMOS ASIC芯片内部实现，减少了由现有技术外接电路板带来的损耗；功能一体化实现，提高了光收发一体组件组装时的便利性及一致性；同时LD的工作温度可被精确的检测到。
具体的，CMOS ASIC芯片中包含了：激光器驱动器(Laser Driver，简称LDD)、限幅放大器(Limiting Amplifier，简称LA)、跨阻放大器(Tran impedance Amplifier,简称TIA)、功率自动控制器APC(auto power controller)、和微控制器(Control Block)。
使用CMOS ASIC专用芯片技术，实现小型化，可将其与波分复用滤波器(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)共同封装在同一金属腔体中，并外接光纤。
在一个具体的实施例中，所述激光器驱动器为高速电流开关，用于为所述激光器输入调制电流。
在一个具体的实施例中，所述激光器对应有阈值电流；
所述CMOS ASIC芯片中还包括功率自动控制器；
所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，通过所述功率自动控制器为所述激光器提供大于所述阈值电流的直流偏置电流，以使所述激光器在不同温度环境下可稳定平均光功率下输出激光。
在一个具体的实施例中，所述激光器驱动器用于对直流偏置电流进行监控，以及进行故障告警。
在一个具体的实施例中，所述光电探测器用于将经过波分复用滤波器接收的来自光纤的信号转换为模拟电流信号。
在一个具体的实施例中，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的模拟电流信号进行转换，生成模拟电压信号。
在一个具体的实施例中，所述CMOS ASIC芯片中还包括：对所述激光器的温度进行监控的温度传感器。
在一个具体的实施例中，所述CMOS ASIC芯片中还包括：进行电流控制与电压控制的自动控制增益电路。
此外，具体的，如图1所示，具体本方案的装置的可以包括光发射链路与光接收链路
其中，光发射链路的功能由以下功能模块组成：激光器驱动器与激光器相连，同时与微控制器相连。光发射链路工作原理为，将其所接受的带有信息的电信号，通过光电原理转换为光信号，由激光器，具体的例如可以为激光二极管通过波分复用滤波器(WDM)发送入光纤。其中，激光器驱动器可以为一个高速电流开关，可为激光器输入调制电流。微控制器与激光器驱动器相连，通过功率自动控制器(APC)可为激光器提供略大于阈值电流(ITH)的直流偏置电流(IBIAS)，使其在不同的温度环境下可稳定平均光功率(PAVG)下输出相应激光。
此外，激光器驱动器还拥有故障警告、偏置电流监控等功能。
至于光接收链路，则由以下功能模块组成：光电探测器、跨阻放大器与限幅放大器相连，同时跨阻放大器、限幅放大器与控制器相连。光接收链路工作原理为由光电探测器(PD)将经波分复用滤波器(WDM)接收到的来自光纤的信号转换成电信号，由跨阻放大器(TIA)与限幅放大器将(LA)转换后的电信号处理为可处理的电信号。其中跨阻放大器接收的的是模拟电流信号,要把它转换成模拟电压信号才能被信号处理电路识别。在控制器的控制下，限幅放大器把跨阻放大器输出的幅度不同的信号处理成等幅的数字电压信号，以便进一步处理。同时，控制器通过光电探测器PD偏置电路控制电压范围，达到上述温度控制的最优误码率效果。
进一步的，微控制器除温度控制、电压控制等功能外，还可实现数据控制。
本申请的方案中，由波分复用滤波器与光电探测器、以及激光器相连，使得光电探测器、以及激光器可检测到它们各自相对应的波段。其中微控制器实现的温度检测、电流控制、信号模式转换、电压控制由温度传感器、模数转换(ADC)、自动控制增益(AGC)电路实现。其中，由于此方案的一体化特点，光电探测器工作环境温度检测精度提升，使得温度控制效果可以达到最佳。同时，此方案的一体化特征使得信号不会在过长的连接电路中被损耗，并减少了信号在传输路程中参杂的噪音。
以此，本发明实施例提出了一种光收发一体组件，包括：外联光纤的波分复用滤波器、激光器、光电探测器、以及CMOS ASIC芯片；其中，所述波分复用滤波器、所述激光器、所述光电探测器、以及所述CMOS ASIC芯片共同封装在同一金属腔体内；所述波分复用滤波器分别连接所述激光器与所述光电探测器；所述激光器与所述光电探测器均连接所述CMOSASIC芯片；所述CMOS ASIC芯片中包括：基座、和固定在所述基座上的功能模块；其中，所述功能模块包括：激光器驱动器、限幅放大器、跨阻放大器、微控制器；其中，所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，驱动所述激光器发射激光经由所述波分复用滤波器发送外联的光纤上；通过所述微控制器的控制，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的电信号进行转换，并将转换后的电信号发送至所述限幅放大器，以使所述限幅放大器将获取到的电信号处理为等幅的数字电压信号后输出。使用低功耗的CMOS技术，整合在CMOS ASIC芯片，使得整体模块可被统一封装进金属腔体中，以便外接光纤。此方案中的组装模式使得光收发一体组件整体电子器件的功能更完整，高速模块之间的连接在芯片内部实现，减少了由现有技术外接电路板带来的损耗；功能一体化实现，提高了光收发一体组件组装时的便利性及一致性。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种光收发一体组件，其特征在于，包括：外联光纤的波分复用滤波器、激光器、光电探测器、以及CMOS ASIC芯片；其中，所述波分复用滤波器、所述激光器、所述光电探测器、以及所述CMOS ASIC芯片共同封装在同一金属腔体内；
所述波分复用滤波器分别连接所述激光器与所述光电探测器；
所述激光器与所述光电探测器均连接所述CMOS ASIC芯片；
所述CMOS ASIC芯片中包括：基座、和固定在所述基座上的功能模块；其中，所述功能模块包括：激光器驱动器、限幅放大器、跨阻放大器、微控制器；其中，所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，驱动所述激光器发射激光经由所述波分复用滤波器发送外联的光纤上；通过所述微控制器的控制，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的电信号进行转换，并将转换后的电信号发送至所述限幅放大器，以使所述限幅放大器将获取到的电信号处理为等幅的数字电压信号后输出。
2.如权利要求1所述的一种光收发一体组件，其特征在于，所述激光器驱动器为高速电流开关，用于为所述激光器输入调制电流。
3.如权利要求1所述的一种光收发一体组件，其特征在于，所述激光器对应有阈值电流；
所述CMOS ASIC芯片中还包括功率自动控制器；
所述激光器驱动器在所述微控制器的控制下，通过所述功率自动控制器为所述激光器提供大于所述阈值电流的直流偏置电流，以使所述激光器在不同温度环境下可稳定平均光功率下输出激光。
4.如权利要求1所述的一种光收发一体组件，其特征在于，所述激光器驱动器用于对直流偏置电流进行监控，以及进行故障告警。
5.如权利要求1所述的一种光收发一体组件，其特征在于，所述光电探测器用于将经过波分复用滤波器接收的来自光纤的信号转换为模拟电流信号。
6.如权利要求5所述的一种光收发一体组件，其特征在于，所述跨阻放大器将来自所述光电探测器的模拟电流信号进行转换，生成模拟电压信号。
7.如权利要求1所述的一种光收发一体组件，其特征在于，所述CMOSASIC芯片中还包括：对所述激光器的温度进行监控的温度传感器。
8.如权利要求1所述的一种光收发一体组件，其特征在于，所述CMOSASIC芯片中还包括：进行电流控制与电压控制的自动控制增益电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181106 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |