一种宽 温高速短距离光模块
双击滚屏 发表日期:2015-09-07   阅读次数:3719    字体[        ]

背景技术

  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 用于光互连和移动基站等环境。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。

  解决的技术问题

  本模块 方案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。

  具体内容

  本模块 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。

  具体是这样实现的:

  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:

  

 

  实验结果

  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。

  使用该方案的光模块,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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