光器件和芯片的結(jié)構(gòu)介紹

1、光模塊基本原理光模塊基本原理光模塊簡介光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平光模塊接口電平以光器件為核心增加一些電路部分和結(jié)構(gòu)件等完成相應(yīng)功以光器件為核心增加一些電路部分和結(jié)構(gòu)件等完成相應(yīng)功能的單元能的單元按速率劃分：按速率劃分：155Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 10Gb/s 等等按功能劃分：發(fā)射模塊，接收模塊，收發(fā)合一模塊按功能劃分：發(fā)射模塊，接收模塊，收發(fā)合一模塊(transceiver,)按封裝劃分：按封

2、裝劃分：19/ 29/SFF/GBIC/SFP/XFP/300pin等等按使用條件劃分：熱插拔按使用條件劃分：熱插拔 (GBIC/SFP/XFP) 帶插針帶插針 (19/29/SFF)按應(yīng)用劃分：按應(yīng)用劃分：SDH/SONET, Ethernet, Fiber Channel, CWDM, DWDM等等按工作模式劃分：連續(xù)和突發(fā)（按工作模式劃分：連續(xù)和突發(fā)（OLT：Optic Line Terminal，光線路終端；光線路終端；ONU ：Optic Network Unit,光網(wǎng)絡(luò)單元）光網(wǎng)絡(luò)單元） 封裝形式：封裝形式：1X9 SFF GBIC SFP, XFP, SFP+傳輸速率：傳輸速率：

3、155M,622M 1.25G,2.5G 4.25G, 8.5G, 10G, 40G功能：不帶監(jiān)控功能（功能：不帶監(jiān)控功能（None DDM） 帶數(shù)字診斷功能（帶數(shù)字診斷功能（DDM）接入應(yīng)用：接入應(yīng)用：P to P P to MP: PON (GE-PON, GPON, WDM-PON)光接口形式：尾纖型（光接口形式：尾纖型（Pigtail）；插拔型（）；插拔型（Receptacle）光傳輸形式：雙纖雙向（光傳輸形式：雙纖雙向（MSA）；單纖雙向（）；單纖雙向（BiDi）小型化小型化智能化智能化熱插拔熱插拔低功耗低功耗高速率高速率遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離光模塊簡介光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊內(nèi)部

4、主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平光模塊接口電平探測(cè)器探測(cè)器激光器激光器放大器放大器時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)芯片MUX&DeMUX光器件是由少數(shù)幾個(gè)光電光器件是由少數(shù)幾個(gè)光電子元件和子元件和IC 、無源元件（、無源元件（如電阻、電容、電感、互如電阻、電容、電感、互感、微透鏡、隔離器）、感、微透鏡、隔離器）、光纖及金屬連線組合、封光纖及金屬連線組合、封裝在一起，完成單項(xiàng)或少裝在一起，完成單項(xiàng)或少數(shù)幾項(xiàng)功能的混合集成件數(shù)幾項(xiàng)功能的混合集成件。如按功能，可分為：如

5、按功能，可分為： 光發(fā)射器件光發(fā)射器件 光接收器件光接收器件按結(jié)構(gòu)，可分為：按結(jié)構(gòu)，可分為： TO器件器件(TOSA， ROSA，BOSA)； DIP（或（或Butterfly）器件；）器件； 表面貼裝（表面貼裝（surface mount) 器件等；器件等；按傳輸速率，可分為按傳輸速率，可分為 155M、622M、1.25G、2.5G、10G等；等；傳輸距離，工作波長，工作方式等傳輸距離，工作波長，工作方式等 光探測(cè)器光探測(cè)器 作用把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件. PIN探測(cè)器探測(cè)器 P型摻雜、本征（I）和N型摻雜。 APD探測(cè)器探測(cè)器 內(nèi)部具有光電倍增(或稱雪崩)光電二極管.（Avalanch

6、e Photodetector)響應(yīng)度：響應(yīng)度：PRIPINPIN探測(cè)器即P-I-N 探測(cè)器：P型摻雜IntrinsicN型摻雜 需加需加510V反偏電壓反偏電壓響應(yīng)度：APD探測(cè)器：探測(cè)器： 雪崩光電探測(cè)器（雪崩光電探測(cè)器（Avalanche photodetector）RPMIAPD需加需加3060V反偏電壓反偏電壓M與溫度和反偏電壓有關(guān)與溫度和反偏電壓有關(guān)FP LD (Fabry-Perot Laser)DFB LD (Distributed-Feedback Laser)VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)LED (Light-E

7、mitting Diode)EAM LD (Electro-absorption modulated lasers)都是邊緣發(fā)光都是邊緣發(fā)光諧振腔結(jié)構(gòu)不同諧振腔結(jié)構(gòu)不同F(xiàn)PLDDFBLD都是面發(fā)光都是面發(fā)光諧振腔結(jié)構(gòu)不同諧振腔結(jié)構(gòu)不同LEDVCSEL構(gòu)成：TEC致冷器，激光二極管，EA調(diào)制器，背光檢測(cè)二極管和，熱敏電阻等 跨阻放大器：跨阻放大器：Transimpedance Amplifier（TIA ） 主放主放Main Amplifiers (MA) 或后放或后放 Post Amplifiers 限幅放大器：限幅放大器：Limiting Amplifier (LA) 自動(dòng)增益控制放大器：自

8、動(dòng)增益控制放大器：Automatic Gain Control Amplifier (AGC). 這種這種I-V變換電路中有一個(gè)負(fù)反變換電路中有一個(gè)負(fù)反饋電阻饋電阻Rf，所以又被稱做跨阻，所以又被稱做跨阻放大器（放大器（TIA） 低的等效輸入噪聲電流低的等效輸入噪聲電流 高輸入阻抗，低輸入電容高輸入阻抗，低輸入電容 足夠?qū)挼耐l帶足夠?qū)挼耐l帶fH0.75工作工作速率速率 寬動(dòng)態(tài)范圍寬動(dòng)態(tài)范圍 Rf 要足夠大，以保證有足夠大要足夠大，以保證有足夠大的輸出電壓的輸出電壓LA：轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，但是非線性限制了其應(yīng)用：轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，但是非線性限制了其應(yīng)用AGC： 在很大的動(dòng)態(tài)范圍都是線性的

9、，應(yīng)用范圍廣。例如：帶均衡在很大的動(dòng)態(tài)范圍都是線性的，應(yīng)用范圍廣。例如：帶均衡器的接收機(jī)。器的接收機(jī)。限幅放大器限幅放大器自動(dòng)增益控制放大器自動(dòng)增益控制放大器在數(shù)字通信系統(tǒng)中，碼元同步是系統(tǒng)正常工作的必要條件。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，碼元同步是系統(tǒng)正常工作的必要條件。時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路（時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路（Clock and Data Recovery CDR）的）的作用就是在輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)并找出數(shù)據(jù)和時(shí)鐘作用就是在輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)并找出數(shù)據(jù)和時(shí)鐘正確的相位關(guān)系正確的相位關(guān)系激光器驅(qū)動(dòng)（電流）激光器驅(qū)動(dòng)（電流）調(diào)制器驅(qū)動(dòng)（電壓）調(diào)制器驅(qū)動(dòng)（電壓） MUX：16路并行 數(shù)據(jù)輸入，

10、經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)。（如并行數(shù)據(jù)輸入為622Mb/s ，那么輸出數(shù)據(jù)為9.95Gb/s） DeMUX：則反過來，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，輸出16路并行 數(shù)據(jù)光模塊簡介光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平光模塊接口電平直接調(diào)制直接調(diào)制 外調(diào)制外調(diào)制 EA調(diào)制（調(diào)制（Electroabsorption Modulator） MZ調(diào)制（調(diào)制（Mach-Zehnder Modulator）P1P0利用電信號(hào)的利用電信號(hào)的1和和0控制激光器的電流大

11、小控制激光器的電流大小。激光器一直處于發(fā)光狀態(tài)，電信號(hào)激光器一直處于發(fā)光狀態(tài)，電信號(hào)1、0 作用于電吸作用于電吸收調(diào)制器。收調(diào)制器。 來控制激光器出光大小。來控制激光器出光大小。激光器一直處于發(fā)光狀態(tài)，發(fā)出的光經(jīng)過一個(gè)激光器一直處于發(fā)光狀態(tài)，發(fā)出的光經(jīng)過一個(gè)Y型波導(dǎo)分束器分出兩型波導(dǎo)分束器分出兩束相位等一樣的光信號(hào)，束相位等一樣的光信號(hào)， 電信號(hào)控制兩個(gè)干涉臂電級(jí)，使兩束光信電信號(hào)控制兩個(gè)干涉臂電級(jí)，使兩束光信號(hào)產(chǎn)生不同的相位，再經(jīng)過號(hào)產(chǎn)生不同的相位，再經(jīng)過Y型合束器，型合束器，1信號(hào)時(shí)，相位相同，進(jìn)信號(hào)時(shí)，相位相同，進(jìn)行疊加，行疊加，0信號(hào)時(shí)，相位相差信號(hào)時(shí)，相位相差180度，光信號(hào)度，光信

12、號(hào) 抵消。抵消。光模塊簡介光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平光模塊接口電平特點(diǎn)：特點(diǎn)： 工作速率: 155Mb/s1Gb/s 工作電壓：3.3 V或5V 波長：1310nm，1550nm 寬溫工作范圍 傳輸距離可達(dá)80km應(yīng)用應(yīng)用數(shù)據(jù)通信：快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)電信： OC -3/STM -1, OC -12/STM -4特點(diǎn)：特點(diǎn)： 工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s 工作電壓：3.3 V或5V 波長：850nm，1310nm，1

13、550nm 傳輸距離可達(dá)160km 帶數(shù)字診斷功能（部分）應(yīng)用：應(yīng)用： 數(shù)據(jù)通信：千兆以太網(wǎng)，1x/2x光纖通道 電信：OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、 OC-48/STM-16 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s 工作電壓：3.3 V 波長：850nm，1310nm，1550nm 寬溫工作范圍 傳輸距離可達(dá)80km 帶數(shù)字診斷功能（部分）應(yīng)用：應(yīng)用： 數(shù)據(jù)通信：快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)，1x/2x/4x 光纖通道 電信：OC -3/STM-1、OC -12/STM-4、OC-48/STM-16 特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s工作電壓：3.

14、3 V波長：850nm，1310nm，1550nm，WDM寬溫工作范圍傳輸距離可達(dá)100km+帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用：數(shù)據(jù)通信：快速以太網(wǎng)，千兆以太網(wǎng)，1x/2x/4x 光纖通道電信：OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s 工作電壓：3.3 V 傳輸距離可達(dá)20km 帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用： PON接入網(wǎng)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 工作速率:10Gb/s 波長：1310nm，1550nm，DWDM 傳輸距離可達(dá)80km 帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用： 數(shù)據(jù)通信：10G以太網(wǎng)，10G光纖通道 電信： OC -192/STM

15、 -64特點(diǎn)：特點(diǎn)： 速率可達(dá)10Gb/s 波長：1550nm，DWDM 傳輸距離可達(dá)80km 帶數(shù)字診斷功能應(yīng)用：應(yīng)用： 電信： OC -192/STM -64光模塊簡介光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平光模塊接口電平LaserDriverAPCTemp SensorAEC 自動(dòng)光功率控制自動(dòng)光功率控制自動(dòng)消光自動(dòng)消光比控制比控制XC占空比控制占空比控制匹配電路匹配電路EAM LaserDriverAPCATC 自動(dòng)光功率控制自動(dòng)光功率

16、控制自動(dòng)溫度自動(dòng)溫度控制控制XC占空比控占空比控制制匹配電路匹配電路MCBC 偏置電壓偏置電壓控制控制調(diào)制電壓調(diào)制電壓控制控制PIN/TIAMAPIN/TIAMACDR3R 功能功能(Reshape, Reamplify, Retime)2R 功能功能(Reshape, Reamplify)APD/TIAMAAPD/TIAMACDR3R 功能功能(Reshape, Reamplify, Retime)2R 功能功能(Reshape, Reamplify)High Voltage GenerationHigh Voltage GenerationTOSADriverROSAMAAPC/AECLO

17、SRxPowerTxPowerTxDisableData InData OutOptical InOptical OutTOSADriverROSAMAAPC/AECLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C 數(shù)字診斷數(shù)字診斷(DDM)模塊特點(diǎn)模塊特點(diǎn)TOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C CDRCDRTOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisable16

18、路路 并行并行Data In16路路 并行并行Data OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C MUXDeMUXTDM: Time Division Multiplex 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 TDMA: Time Division Multiple Address 時(shí)分多路訪問時(shí)分多路訪問PON模塊模塊ONU光收發(fā)合一模塊功能框圖光收發(fā)合一模塊功能框圖OLT光收發(fā)合一模塊功能框圖光收發(fā)合一模塊功能框圖 單纖雙向光組件單纖雙向光組件(Bi-Dirctional Optical Subassembly)光模塊簡介光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊內(nèi)部主要元器

19、件光模塊調(diào)制方式光模塊調(diào)制方式光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊的特點(diǎn)及應(yīng)用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標(biāo)光模塊主要性能指標(biāo)光模塊接口電平光模塊接口電平傳輸速率傳輸速率傳輸距離傳輸距離平均發(fā)射光功率平均發(fā)射光功率消光比消光比光眼圖光眼圖譜寬譜寬最小邊模抑制比最小邊模抑制比接收靈敏度接收靈敏度接受器過載接受器過載光通道代價(jià)光通道代價(jià)抖動(dòng)抖動(dòng)傳輸速率傳輸速率傳輸速率指在單位時(shí)間內(nèi)通過信道的平均信息量，一般有傳輸速率指在單位時(shí)間內(nèi)通過信道的平均信息量，一般有比特速率和碼元速率兩種表示方法由于對(duì)于二進(jìn)制碼元，比特速率和碼元速率兩種表示方法由于對(duì)于二進(jìn)制碼元，比特速率和碼元速率相等比特速率指系統(tǒng)每

20、秒鐘傳送的比特速率和碼元速率相等比特速率指系統(tǒng)每秒鐘傳送的比特?cái)?shù)，單位為比特?cái)?shù)，單位為bit/s SDH等級(jí)等級(jí) 系列比特率系列比特率STM-1 155.52Mb/s STM-4 622.08Mb/s STM-16 2.48832Gb/s STM-64 9.95328Gb/s傳輸距離指模塊在特定光纖傳輸系統(tǒng)中能夠無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲缶嚯x傳輸距離指模塊在特定光纖傳輸系統(tǒng)中能夠無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲缶嚯x影響傳輸距離的因素：光纖（損耗、色散等），激光器（功率，波長，影響傳輸距離的因素：光纖（損耗、色散等），激光器（功率，波長，工作方式），探測(cè)器靈敏度，傳輸速率等工作方式），探測(cè)器靈敏度，傳輸速率等 功率受限系

21、統(tǒng)傳輸距離的計(jì)算功率受限系統(tǒng)傳輸距離的計(jì)算:（光功率，靈敏度，光纖損耗等）（光功率，靈敏度，光纖損耗等） 目標(biāo)傳輸距離L(km) L=2.4V；VOL=2V；VIL=2.4V；VOL=2V；VIL=0.8V。 TTL使用注意：TTL電平一般過沖都會(huì)比較嚴(yán)重，可能在始端串22歐或33歐電阻； TTL電平輸入腳懸空時(shí)是內(nèi)部認(rèn)為是高電平。要下拉的話應(yīng)用1k以下電阻下拉。ECL，PECL和和LVPECL電平電平 ECL：Emitter Coupled Logic 發(fā)射極耦合邏輯電路發(fā)射極耦合邏輯電路(差分結(jié)構(gòu)差分結(jié)構(gòu)) Vcc=-5.2V；VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。 速度快，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，噪聲小，很容易達(dá)到幾百M(fèi)的應(yīng)用。但是功耗大，需要負(fù)電源。為簡化電源，出現(xiàn)了PECL(ECL結(jié)構(gòu)，改用正電壓供電)和LVPECL。 PECL：Pseudo/Positive ECL Vcc=5V；VOH=4.12V；VOL=3.28V；VIH=3.78V；VIL=3.64V LVPELC：Low Voltage PECL Vcc=3.3V；VOH=2.42V；VOL=1.58V；VIH=2.06V；VIL=1.94V ECL、PECL、LVPECL使用注意：不同電平不能直接驅(qū)動(dòng)。中間可用交流耦