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2014/6/26 16:04

光迅科技宽温高速短距离数据通信模块的研究

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传统的短距离模块一般用于室内机间光互连接,对光模块温度要求商业级温度即可。随着光通信网络发展日新月异,通信速率不断提高,光纤越来越多的替代电缆的使用,对高速小型化封装的短距离光模块需求也随之增长,大量应用于数据中心光互连环境。伴随着应用场合的广泛,小型化封装短距离光模块需要满足不同环境的温度要求,特别是在工业级温度场合的应用。

当光模块工作使用在工业级温度,在高低温环境时,光模块发射部分的激光器的阈值和效率发生变化,出现光功率和消光比的变化。接收部分的探测器高低温下带宽会有不同,加上噪声的影响,出现灵敏度的降低,信号告警的判决门限也会随着温度的变化从而有一定范围的漂移。工业级温度场合的应用,对光模块的性能提出了更高的要求,需要保证整个温度范围内光电指标的稳定。

光迅科技针对高速短距离模块在工业级温度范围内工作,对于出现的激光器的跟踪误差,建立合适的偏置电流和调制电流,减小激光器的起止控制延时和消除驰豫振荡,维持稳定的光功率和消光比;对于和微弱型号下灵敏度和信号告警等问题,进行补偿和优化,改善高速短距离在工业级温度范围的性能。

光迅科技宽温高速短距离数据通信模块是一种可以工作在工业级温度范围的短距离光模块,由发射部分和接收部分组成,发射部分包括垂直腔发射激光器,驱动电路,温度采集单元和补偿控制单元,接收部分包括电感电容网络和限幅放大器

发射部分,光模块工作时,温度采集单元将光模块激光器当前工作温度信息取样,上报给单片机补偿控制单元,补偿控制单元根据温度和补偿系数,修正自动功率控制激光器的跟踪误差,建立合适的偏置电流,保证发射光功率的稳定,同时获取激光器当前的偏置电流,根据调制电流的计算系数,实时计算每个温度下需要的调制电流值,并控制激光器驱动电路,给激光器提供合适的调制电流,保证光模块消光比的稳定。功率补偿单元和调制电流计算部分是由单片机来实现,单片机控制各硬件电路部分的工作和衔接。

根据激光器发射光功率高低温下的变化特点,补偿控制单元可以对跟踪误差进行分段补偿,相应地,补偿系数采用有符号数,可以从正负两个方向修正跟踪误差。

接收部分,光模块探测器将光信号转换成高速电信号后,通过建立的电感电容LC网络,改善探测器输出后的电信号质量信号,提高信号的抗噪声和抗干扰能力,然后输出给限幅放大器,经放大后输出电信号。电感电容LC网络提高信号质量,抑制噪声的影响,从而提高低温下的带宽性能和抗噪声能力,提高接收的灵敏度,优化信号告警的准确性和稳定性。

电感电容LC网络由电感和电容组成,其中一对电感一端分别连接探测器的高速差分信号管脚,另一端分别连接跨接电容,跨接电容的两端分别连接一对电容,这对电容的另一端分别连接限幅放大器的高速差分信号管脚。

具体实现框图如下图所示:

光迅科技宽温高速短距离数据通信模块方案的硬件电路单元分别由如下元器件构成:激光器采用 VCSEL激光器;温度采集单元由负温度系数热敏电阻,普通贴片分压电阻和ADC构成;驱动电路使用激光器驱动芯片;探测器采用850nm接收探测器;电感电容LC网络由电感L1 L2和电容C1 C2 C3组成,其中电感L1和L2一端分别连接探测器的高速差分信号管脚,另一端分别连接跨接电容C3,电容C3的两端分别连接电容C1和C2,电容C1和C2的另一端分别连接限幅放大器的高速差分信号管脚;控制单元主要由MCS-51单片机构成。以上的硬件电路部分依次连接,并通过单片机的程序设计,完成其相应的控制功能。

光迅科技宽温高速短距离数据通信模块方案简洁,补偿效果好,控制方便。如果将此方案用到高速短距离模块上,对光模块的发射光功率这项指标进行对比测试,具体地,光模块模块室温25度环境下,发射光功率-2.7dBm。补偿控制单元对跟踪误差以25度为分段点进行分段补偿,25度至-40度采用负系数,25度至85度采用正系数。

由以上数据可知,使用了本方案的控制方法后,模块全温度范围光功率的变化由1.4dB减小到了0.5dB,使得光模块全温度范围的光功率一致性提高。

光迅科技宽温高速短距离数据通信模块,工作温度范围可达-40~85度,整个温度范围内光功率稳定,信号告警电平正常。光模块一致性好,方便后续光模块的批量生产。本模块方案中的激光器控制补偿方法,不受传输速率影响,调整不同的参数,可用于不同温度范围的激光器的补偿。

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