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10G XFP光模块设计
文章介绍了应用于光网络系统的10 Gbit/s XFP(小型化可热插拔)光模块的基本原理以及光收发模块的设计,采用了CDR(时钟数据恢复)、APC(自动功率控制)、LA(限幅放大器)和发射驱动集成的主芯片GN2010EA,与传统设计相比不仅降低了设计成本,而且降低了设计的复杂度。测试结果表明,该模块在宽的温度范围内能保持稳定的光功率和消光比,并且指标满足ITU—T标准的要求,符合10 Gbit/s光模块设计要求。
引言
在光纤通信系统中,实现光/电/光转换功能的光收发模块占有十分重要的地位。高速率(40、100 Gbit/s)技术已经成为各大运营商关注的焦点,但10 Gbit/s技术仍然是当前通信系统的主流技术,基于标准化的密集波分光通信模块成为其必不可少的一部分,10 Gbit/s XFP(ds型化可热插拔)光模块以其价格低、体积小和应用环境广泛等优点,已经成为10 Gbit/s光模块的主流产品。
本文将介绍兼容40和80 km 的10 Gbit/sXFP光模块的基本原理、低成本的设计方案,以及相关的测试(验证方案的可行性)。这种设计采用CDR(时钟数据恢复)、APC(自动功率控制)、LA(限幅放大器)和驱动器集成的主芯片GN2010EA,减少了器件的数量,降低了制作工艺难度,达到了低成本的目的。
1 10 Gbit/s XFP光模块的设计
模块功能框图
图1所示为10 Gbit/s XFP光模块的基本结构框图。模块的发射端(包括光发送子系统、主芯片、温控电路以及控制电路)采用输入均衡器、多速率CDR、EML(电吸收调制激光器)驱动器和APC集成的芯片驱动激光器实现电/光转换。接收端(包括光接收子系统、主芯片以及控制电路)则采用APD(雪崩光电二极管)将探测到的光信号转换成电信号放大整形后输出。模块中采用单片机控制发射驱动芯片,实现数字诊断功能。
发射部分
发射电信号由主芯片GN2010EA 的TXDIP脚和TXDIN脚进入,经过主芯片发射部分的均衡器、CDR和EML驱动器,再由TXDOP脚和TXDON脚输出,进入TOSA(光发送子系统)进行电信号到光信号的转换。内部APC电路控制激光器的偏置电流,由IBIAS脚输出到TOSA,控制TOSA 的光功率。
主芯片内部APC电路有两种方式对激光器偏置电流进行设置:(1)设置寄存器APC—REG5的第二位APCOVR,将APC环路旁路掉,这样可以直接通过寄存器设置IBIAS脚输出的电流值。(2)使用APC环路形成一个闭环负反馈,将设置电压值与VPHOTO脚反馈的电压值(VPHOTO脚的电压与发射光功率成比例关系
)进行比较,最后使得VPHOTO脚反馈的电压值稳定在设定值,即使发射光功率稳定在设定值。
接收部分
传输距离不同时,所采用的光电探测器不同,接收端的设计电路也有所不同。短距离传输时采用PIN(光电二极管)光电探测器,长距离传输时采用APD光电探测器。
当使用APD ROSAl3 (光接收子系统)时,Th脚通过一个20 V参考电源,热敏电阻的电压值送到控制电路微处理器的ADC口对APD进行温度补偿;DAC脚接MCU(微控制单元)的DAC口,进行交叉水平调节;Vapd脚接升压电路;