一種寬溫高速短距離光模塊
雙擊滾屏 發表日期:2015-09-07   閱讀次數:4842    字體[        ]

背景技術

  傳統的短距離模塊一般用于室內機間光互連接,對光模塊溫度要求商業級溫度即可。隨著光通信網絡發展日新月異,通信速率不斷提高,光纖越來越多的替代電纜的使用,對高速小型化封裝的短距離光模塊需求也隨之增長,大量應用于光互連和移動基站等環境。伴隨著應用場合的廣泛,小型化封裝短距離光模塊需要滿足不同環境的溫度要求,特別是在工業級溫度場合的應用。

  當光模塊工作使用在工業級溫度,在高低溫環境時,光模塊發射部分的激光器的閾值和效率發生變化,出現光功率和消光比的變化。接收部分的探測器高低溫下帶寬會有不同,加上噪聲的影響,出現靈敏度的降低,信號告警的判決門限也會隨著溫度的變化從而有一定范圍的漂移。工業級溫度場合的應用,對光模塊的性能提出了更高的要求,需要保證整個溫度范圍內光電指標的穩定。

  解決的技術問題

  本模塊方案針對高速短距離模塊在工業級溫度范圍內工作,對于出現的激光器的跟蹤誤差,建立合適的偏置電流和調制電流,減小激光器的起止控制延時和消除馳豫振蕩,維持穩定的光功率和消光比;對于和微弱型號下靈敏度和信號告警等問題,進行補償和優化,改善高速短距離在工業級溫度范圍的性能。

  具體內容

  本模塊是一種可以工作在工業級溫度范圍的短距離光模塊,由發射部分和接收部分組成,發射部分包括垂直腔發射激光器,驅動電路,溫度采集單元和補償控制單元,接收部分包括電感電容網絡和限幅放大器。

  具體是這樣實現的:

  發射部分,光模塊工作時,溫度采集單元將光模塊激光器當前工作溫度信息取樣,上報給單片機補償控制單元,補償控制單元根據溫度和補償系數,修正自動功率控制激光器的跟蹤誤差,建立合適的偏置電流,保證發射光功率的穩定,同時獲取激光器當前的偏置電流,根據調制電流的計算系數,實時計算每個溫度下需要的調制電流值,并控制激光器驅動電路,給激光器提供合適的調制電流,保證光模塊消光比的穩定。功率補償單元和調制電流計算部分是由單片機來實現,單片機控制各硬件電路部分的工作和銜接。

  根據激光器發射光功率高低溫下的變化特點,補償控制單元可以對跟蹤誤差進行分段補償,相應地,補償系數采用有符號數,可以從正負兩個方向修正跟蹤誤差。

  接收部分,光模塊探測器將光信號轉換成高速電信號后,通過建立的電感電容LC網絡,改善探測器輸出后的電信號質量信號,提高信號的抗噪聲和抗干擾能力,然后輸出給限幅放大器,經放大后輸出電信號。電感電容LC網絡提高信號質量,抑制噪聲的影響,從而提高低溫下的帶寬性能和抗噪聲能力,提高接收的靈敏度,優化信號告警的準確性和穩定性。

  電感電容LC網絡由電感和電容組成,其中一對電感一端分別連接探測器的高速差分信號管腳,另一端分別連接跨接電容,跨接電容的兩端分別連接一對電容,這對電容的另一端分別連接限幅放大器的高速差分信號管腳。

  具體實現框圖如下圖所示:

  

 

  實驗結果

  模塊方案的硬件電路單元分別由如下元器件構成:激光器采用 VCSEL激光器;溫度采集單元由負溫度系數熱敏電阻,普通貼片分壓電阻和ADC構成;驅動電路使用激光器驅動芯片;探測器采用850nm接收探測器;電感電容LC網絡由電感L1 L2和電容C1 C2 C3組成,其中電感L1和L2一端分別連接探測器的高速差分信號管腳,另一端分別連接跨接電容C3,電容C3的兩端分別連接電容C1和C2,電容C1和C2的另一端分別連接限幅放大器的高速差分信號管腳;控制單元主要由MCS-51單片機構成。以上的硬件電路部分依次連接,并通過單片機的程序設計,完成其相應的控制功能。

  光模塊方案簡潔,補償效果好,控制方便。如果將此方案用到高速短距離模塊上,對光模塊的發射光功率這項指標進行對比測試,具體地,光模塊模塊室溫25度環境下,發射光功率-2.7dBm。補償控制單元對跟蹤誤差以25度為分段點進行分段補償,25度至-40度采用負系數,25度至85度采用正系數。

  

 

  由以上數據可知,使用了本方案的控制方法后,模塊全溫度范圍光功率的變化由1.4dB減小到了0.5dB,使得光模塊全溫度范圍的光功率一致性提高。

  使用該方案的光模塊,工作溫度范圍可達-40~85度,整個溫度范圍內光功率穩定,信號告警電平正常。光模塊一致性好,方便后續光模塊的批量生產。本模塊方案中的激光器控制補償方法,不受傳輸速率影響,調整不同的參數,可用于不同溫度范圍的激光器的補償。

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