CN212543787U - 一种光模块 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光模块，包括电路板和与电路电连接的光发射组件。光发射组件包括EML激光器。电路板上设置有MCU、第一电阻、运算放大器、第二电阻、三极管、第一反馈电路和第二反馈电路。MCU发出电压信号，电压信号经过运算放大器放大后，输入三极管的基极，控制三极管的集电极与发射极导通，使得三极管的发射极发出电流。本申请，通过设置MCU、多个电阻、运算放大器、三极管和两个反馈电路，可输出仅与MCU发出的电压和各个阻值相关的可调稳定电流，为EML激光器提供了可调稳定电流；由于仅在电路板上设置上述部件，仅占用少数的PCB板空间，使得PCB板空间不受限。

Description

一种光模块

技术领域

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术

光模块产品趋向于高速率、小封装、低成本方向，对于高速率、长距离传输的产品则需要使用EML激光器(Electro Absorption Modulated Laser：电吸收调制)激光器。由于EML激光器需要一个稳定的电流，因此，需要在电路板上设置一个可调的稳定电流源给EML激光器供电。

通常的EML激光器使用一个专门的电流源芯片作为稳定电流源。这种使用专门的电流源芯片作为稳定电流源的EML激光器可能面临PCB板空间受限的问题。

实用新型内容

本申请提供了一种光模块，解决由于使用一个专门的电流源芯片造成的PCB板空间受限的问题。

一种光模块，包括：

电路板；

光发射组件，包括EML激光器，与电路板电连接；

电路板上设置有：

MCU，用于发出电压信号；

第一电阻，输入端与MCU的输出端电连接；

运算放大器，第一输入端与第一电阻的输出端电连接，用于将第一输入端输入的电压信号放大；

第二电阻，输入端与运算放大器的第二输入端电连接，输出端接地；

三极管，基极与运算放大器的输出端电连接，集电极接电源，用于根据运算放大器输出的电压发出稳定电流；

第三电阻，输入端与三极管的发射极电连接，输出端与EML激光器电连接；

第一反馈电路，输入端与第三电阻的输入端电连接，输出端与第二电阻的输入端电连接；

第二反馈电路，输入端与第三电阻的输出端电连接，输出端与第一电阻的输出端电连接。

一种光模块，包括：

电路板；

光发射组件，包括EML激光器，与电路板电连接；

电路板上设置有：

MCU，用于发出电压信号；

第一电阻，输入端与MCU的输出端电连接；

运算放大器，第一输入端与第一电阻的输出端电连接，用于将第一输入端输入的电压信号放大；

第二电阻，输入端与运算放大器的第二输入端电连接，输出端接地；

MOS管，栅极与运算放大器的输出端电连接，漏极接电源，用于根据运算放大器输出的电压发出稳定电流；

第三电阻，输入端与MOS管的源极电连接，输出端与EML激光器电连接；

第一反馈电路，输入端与第三电阻的输入端电连接，输出端与第二电阻的输入端电连接；

第二反馈电路，输入端与第三电阻的输出端电连接，输出端与第一电阻的输出端电连接。

有益效果；本申请提供了一种光模块，包括电路板和与电路电连接的光发射组件。光发射组件包括EML激光器。电路板上设置有MCU、第一电阻、运算放大器、第二电阻、三极管、第一反馈电路和第二反馈电路。第一电阻，输入端与MCU的输出端电连接。运算放大器，第一输入端与第一电阻的输出端电连接。第二电阻，输入端与运算放大器的第二输入端电连接，输出端接地。三极管，基极与运算放大器的输出端电连接，集电极接电源，用于根据运算放大器输出的电压发出稳定电流。第三电阻，输入端与三极管的发射极电连接，输出端与EML激光器电连接。第一反馈电路，输入端与第三电阻的输入端电连接，输出端与第二电阻的输入端电连接。第二反馈电路，输入端与第三电阻的输出端电连接，输出端与第一电阻的输出端电连接。MCU发出电压信号，电压信号经过第一电阻分压后，仅有部分电压信号输入运算放大器的第一输入端，经过运算放大器放大后，运算放大器输出的电压输入三极管的基极，控制三极管的集电极与发射极导通，使得三极管的发射极发出电流，一部分电流经过第一反馈电路输入运算放大器的第二输入端，一部分电流经过第三电阻流向EML激光器。流经第三电阻的电流，部分流向EML激光器，部分流向第二反馈电路。由于第一反馈电路和第二反馈电路的阻值较大，流经第一反馈电路和第二反馈电路的电流忽略不计，则流经第五电阻的电流与流经EML激光器的电流相等。由于通过第一反馈电路和第二反馈电路计算得到流经第五电阻的电流为仅与MCU发出的电压、几个电阻的阻值有关，则流经第五电阻的电流为可调稳定电流，即流经EML激光器的电流为可调稳定电流。本申请，通过设置MCU、多个电阻、运算放大器、三极管和两个反馈电路，可输出仅与MCU发出的电压和各个阻值相关的可调稳定电流，为EML激光器提供了可调稳定电流；由于仅在电路板上设置上述部件，仅占用少数的PCB板空间，使得PCB板空间不受限。另外，本申请中，无需专门的电源芯片，只需要几个器件就可以构成一个稳定电源，有效的减少了光模块的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供的光模块分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的EML激光器的结构框图；

图6为本申请实施例提供的电路板上的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的电路板上的一种电路图；

图8为本申请实施例提供的电路板上的另一种电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、I2C信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本申请实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、解锁手柄203、电路板204、光发射组件205和光接收组件206。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是位于光模块同一端的两处开口(207、208)，也可以是在光模块不同端的两处开口；其中一个开口为电口207，电路板的金手指从电口207伸出，插入光网络单元等上位机中；另一个开口为光口208，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射组件205和光接收组件206；电路板204、光发射组件205和光接收组件206等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板204、光发射组件205和光接收组件206等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。

解锁手柄203位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁手柄203具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁手柄的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁手柄，解锁手柄的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

光发射组件205和光接收组件206，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。光发射组件205和光接收组件206也可以结合在一起形成光收发一体结构。

电路板204上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、MOS管)及芯片(如激光驱动芯片、限幅放大器、时钟数据恢复CDR、电源管理芯片、数据处理芯片DSP)等。

电路板204通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板204一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光发射组件205和光接收组件206位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

在本申请实施例中。光发射组件205与电路板204电连接，光发射组件205内包括EML激光器2051。图5为本申请实施例提供的EML激光器2051的结构框图。如图5所示，EML激光器2051内设置有LD(Laser Diode，半导体激光器芯片)、EAM(Electro AbsorptionModulator，电吸收调制器)和TEC(Thermoelectric Cooler，热电制冷器)等。

图6为本申请实施例提供的电路板上的结构示意图。图7为本申请实施例提供的电路板上的一种电路图。如图5-7所示，本申请实施例中，该电路图包括MCU2041、第一电阻2042、运算放大器2043、第二电阻2044、三极管2045、第三电阻2046、第一反馈电路2047、第二反馈电路2048和EML激光器2051。具体的，

MCU2041，设置于电路板204上，用于发出电压信号。具体的，由于MCU2041带有VDAC(电压型数模转化输出功能)，MCU2041的输入端与上位机通过金手指电连接。当MCU2041接收到上位机下发的指令后，可将数字信号转化为模拟信号，并发出对应的电压信号。

第一电阻2042，设置于电路板204上，输入端与MCU2041的输出端电连接。

运算放大器2043，设置于电路板204上，第一输入端与第一电阻2042的输出端电连接，用于将第一输入端输入的电压信号放大。

运算放大器2043是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。本申请实施例中，运算放大器2043对第一输入端输入的电压信号进行放大，放大后的电压信号经运算放大器的输出端输出。

第二电阻2044，设置于电路板204上，输入端与运算放大器2043的第二输入端电连接，输出端接地。

三极管2045，设置于电路板204上，基极与运算放大器2043的输出端电连接，集电极接电源，用于根据运算放大器输出的电压发出稳定电流。

三极管2045，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。本申请实施例中，运算放大器2043的输出端输出的电压信号输入三极管2045的基极，通过基极控制集电极与发射极导通，使发射极输出电流。

第三电阻2046，设置于电路板204上，输入端与三极管2045的发射极电连接。

第一反馈电路2047，设置于电路板204上，输入端与第三电阻2046的输入端电连接，输出端与第二电阻2044的输入端电连接。

第一反馈电路2047包括第四电阻R4。具体的，第四电阻R4，输入端与第三电阻2046的输入端电连接，输出端与运算放大器2043的第二输入端电连接(相当于“输出端与第二电阻2044的输入端电连接”)。

第二反馈电路2048，设置于电路板204上，输入端与第三电阻2046的输出端电连接，输出端与第一电阻2042的输出端电连接。

第二反馈电路2048包括第五电阻R5。具体的，第五电阻R5，输入端与第三电阻2046的输出端电连接，输出端与运算放大器2043的第一输入端电连接(相当于“输出端与第一电阻2042的输出端电连接”)。

三极管2045的发射极输出的电流，部分流向第一反馈电路2047，部分流向第三电阻2046，流向第三电阻2046的电流又有部分流向第二反馈电路2048。由于第一反馈电路2047、第二反馈电路2048的阻值较大，流向第反馈电路2047和第二反馈电路2048的电流很小，可以忽略不计。因此，三极管2045的发射极输出的电流均通过第三电阻2046流向EML激光器2051。

EML激光器2051，设置于光发射组件205内，输入端LD+与第三电阻2046的输出端电连接，输出端GND接地。

由于三极管2045的发射极输出的电流均通过第三电阻2046流向EML激光器2051，则流经第三电阻2046的电流等于流经EML激光器2051的电流。

本申请中，电路的工作原理如下：

设定第三电阻的输入端的电压为V1，第三电阻的输出端的电压为V2，第五电阻和第一电阻的阻值比K1，第四电阻和第二电阻的阻值比K2。由于运算放大器的第一输入端与第二输入端“虚短和虚断”，则运算放大器的第一输入端与第二输入端的电压相等，即：V_IN+＝V_IN-＝V_IN (1)；运算放大器的第一输入端与第二输入端的电流均为0，即I_IN+＝I_IN-＝0(2)。

由于运算放大器的第一输入端与第二输入端的电流均为0，则第一电阻2042与第二反馈电路2048中的第五电阻R5串联，且第二电阻2044与第一反馈电路2047中的第四电阻R4串联。由于第一电阻2042与第五电阻R5串联，且第二电阻2044与第四电阻R4串联，则流经第一电阻2042的电流与流经第五电阻R5的电流相等，流经第二电阻2044的电流与流经第四电阻R4的电流也相等。即：(V_DAC-V_IN+)/R1＝(V_IN+-V2)/R5 (3)和(0-V_IN-)/R2＝(V_IN--V1)/R4(4)。

根据公式(3)得到：V2＝(1+K1)*V_IN-K1*V_DAC (5)。

根据公式(4)得到：V1＝(1-K2)*V_IN (6)。

公式(6)减公式(5)，除以第三电阻2046，得到：(V1-V2)/R3＝V_IN*(K2-K1)/R3+K1*V_DAC/R3 (7)。

根据公式(7)可知，流经第三电阻2046的电流I＝V_IN*(K2-K1)/R3+K1*V_DAC/R3(8)。

由于第五电阻R5和第一电阻2042的阻值比K1等于第四电阻R4与第二电阻2044的阻值比K2，则公式(8)可变为I＝K1*V_DAC/R3 (9)。

根据公式(9)可知，流经第三电阻2046的电流I仅与第五电阻R5、第一电阻2042、第三电阻2046和MCU2041输出的电压V_DAC有关，但限定了第五电阻R5、第一电阻2042、第三电阻2046的阻值时，即可得到可调稳定电流。

又由于第四电阻R4和第五电阻R5的阻值较大，流经第一反馈电路2047和第二反馈电路2048的电流忽略不计，则流经EML激光器2051和流经第三电阻2046近似相等，即流经EML激光器2051的电流为I。

图8为本申请实施例提供的电路板上的另一种电路图。参见5、6和8可知，本申请实施例中，该电路图包括MCU2041、第一电阻2042、运算放大器2043、第二电阻2044、MOS管2045、第三电阻2046、第一反馈电路2047、第二反馈电路2048和EML激光器2051。

MOS管2045，设置于电路板204上，栅极与运算放大器2043的输出端电连接，漏极接电源，用于根据运算放大器2043输出的电压发出稳定电流。

MOS管2045是金属(metal)-氧化物(oxide)-半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属-绝缘体(insulator)-半导体。MOS管2045是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。

第三电阻2044，设置于电路板204上，输入端与MOS管2045的源极电连接。

本申请实施例中，除了MOS管2045不同外，其余结构均相同，原理也相同，此处不再赘述。

本申请提供了一种光模块，包括电路板和与电路电连接的光发射组件。光发射组件包括EML激光器。电路板上设置有MCU、第一电阻、运算放大器、第二电阻、三极管、第一反馈电路和第二反馈电路。第一电阻，输入端与MCU的输出端电连接。运算放大器，第一输入端与第一电阻的输出端电连接。第二电阻，输入端与运算放大器的第二输入端电连接，输出端接地。三极管，基极与运算放大器的输出端电连接，集电极接电源，用于根据运算放大器输出的电压发出稳定电流。第三电阻，输入端与三极管的发射极电连接，输出端与EML激光器电连接。第一反馈电路，输入端与第三电阻的输入端电连接，输出端与第二电阻的输入端电连接。第二反馈电路，输入端与第三电阻的输出端电连接，输出端与第一电阻的输出端电连接。MCU发出电压信号，电压信号经过第一电阻分压后，仅有部分电压信号输入运算放大器的第一输入端，经过运算放大器放大后，运算放大器输出的电压输入三极管的基极，控制三极管的集电极与发射极导通，使得三极管的发射极发出电流，一部分电流经过第一反馈电路输入运算放大器的第二输入端，一部分电流经过第三电阻流向EML激光器。流经第三电阻的电流，部分流向EML激光器，部分流向第二反馈电路。由于第一反馈电路和第二反馈电路的阻值较大，流经第一反馈电路和第二反馈电路的电流忽略不计，则流经第五电阻的电流与流经EML激光器的电流相等。由于通过第一反馈电路和第二反馈电路计算得到流经第五电阻的电流为仅与MCU发出的电压、几个电阻的阻值有关，则流经第五电阻的电流为可调稳定电流，即流经EML激光器的电流为可调稳定电流。本申请，通过设置MCU、多个电阻、运算放大器、三极管和两个反馈电路，可输出仅与MCU发出的电压和各个阻值相关的可调稳定电流，为EML激光器提供了可调稳定电流；由于仅在电路板上设置上述部件，仅占用少数的PCB板空间，使得PCB板空间不受限。另外，本申请中，无需专门的电源芯片，只需要几个器件就可以构成一个稳定电源，有效的减少了光模块的成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光发射组件，包括EML激光器，与所述电路板电连接；

所述电路板上设置有：

MCU，用于发出电压信号；

第一电阻，输入端与所述MCU的输出端电连接；

运算放大器，第一输入端与所述第一电阻的输出端电连接，用于将第一输入端输入的电压信号放大；

第二电阻，输入端与所述运算放大器的第二输入端电连接，输出端接地；

三极管，基极与所述运算放大器的输出端电连接，集电极接电源，用于根据所述运算放大器输出的电压发出稳定电流；

第三电阻，输入端与所述三极管的发射极电连接，输出端与所述EML激光器电连接；

第一反馈电路，输入端与所述第三电阻的输入端电连接，输出端与所述第二电阻的输入端电连接；

第二反馈电路，输入端与所述第三电阻的输出端电连接，输出端与所述第一电阻的输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，所述第一反馈电路包括第五电阻。

3.根据权利要求2所述的光模块，其特征在于，所述第二反馈电路包括第六电阻。

4.根据权利要求3所述的光模块，其特征在于，所述第六电阻和所述第一电阻的阻值比等于所述第五电阻与所述第二电阻的阻值比。

5.一种光模块，其特征在于，包括：

电路板；

光发射组件，包括EML激光器，与所述电路板电连接；

所述电路板上设置有：

MCU，用于发出电压信号；

第一电阻，输入端与所述MCU的输出端电连接；

运算放大器，第一输入端与所述第一电阻的输出端电连接，用于将第一输入端输入的电压信号放大；

第二电阻，输入端与所述运算放大器的第二输入端电连接，输出端接地；

MOS管，栅极与所述运算放大器的输出端电连接，漏极接电源，用于根据所述运算放大器输出的电压发出稳定电流；

第三电阻，输入端与所述MOS管的源极电连接，输出端与所述EML激光器电连接；

第一反馈电路，输入端与所述第三电阻的输入端电连接，输出端与所述第二电阻的输入端电连接；

第二反馈电路，输入端与所述第三电阻的输出端电连接，输出端与所述第一电阻的输出端电连接。

Images