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部主要元器件光模塊內部主要元器件光模塊調制方式光模塊調制方式光模塊的特點及應用光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊主要性能指標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構件等完成相應功以光器件為核心增加一些電路部分和結構件等完成相應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：發射模塊，接收模塊，收發合一模塊按功能劃分：發射模塊，接收模塊，收發合一模塊(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)按應用劃分：按應用劃分：SDH/SONET, Ethernet, Fiber Channel, CWDM, DWDM等等按工作模式劃分：連續和突發（按工作模式劃分：連續和突發（OLT：Optic Line Terminal，光線路終端；光線路終端；ONU ：Optic Network Unit,光網絡單元）光網絡單元） 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：不帶監控功能（功能：不帶監控功能（None DDM） 帶數字診斷功能（帶數字診斷功能（DDM）接入應用：接入應用：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距離遠距離光模塊簡介光模塊簡介光模塊內部主要元器件光模塊內部

4、主要元器件光模塊調制方式光模塊調制方式光模塊的特點及應用光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊主要性能指標光模塊接口電平光模塊接口電平探測器探測器激光器激光器放大器放大器時鐘數據恢復時鐘數據恢復驅動芯片驅動芯片MUX&DeMUX光器件是由少數幾個光電光器件是由少數幾個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，完成單項或少裝在一起，完成單項或少數幾項功能的混合集成件數幾項功能的混合集成件。如按功能，可分為：如按功能，

5、可分為： 光發射器件光發射器件 光接收器件光接收器件按結構，可分為：按結構，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 光探測器光探測器 作用把光信號轉變為電信號的器件. PIN探測器探測器 P型摻雜、本征（I）和N型摻雜。 APD探測器探測器 內部具有光電倍增(或稱雪崩)光電二極管.（Avalanche Ph

6、otodetector)響應度：響應度：PRIPINPIN探測器即P-I-N 探測器：P型摻雜IntrinsicN型摻雜 需加需加510V反偏電壓反偏電壓響應度：APD探測器：探測器： 雪崩光電探測器（雪崩光電探測器（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與溫度和反偏電壓有關FP LD (Fabry-Perot Laser)DFB LD (Distributed-Feedback Laser)VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)LED (Light-Emitt

7、ing Diode)EAM LD (Electro-absorption modulated lasers)都是邊緣發光都是邊緣發光諧振腔結構不同諧振腔結構不同FPLDDFBLD都是面發光都是面發光諧振腔結構不同諧振腔結構不同LEDVCSEL構成：TEC致冷器，激光二極管，EA調制器，背光檢測二極管和，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) 自動增益控制放大器：自動增益控

8、制放大器：Automatic Gain Control Amplifier (AGC). 這種這種I-V變換電路中有一個負反變換電路中有一個負反饋電阻饋電阻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 足夠寬的通頻帶足夠寬的通頻帶fH0.75工作工作速率速率 寬動態范圍寬動態范圍 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：轉換速度快，功耗低，但是非線性限制了其應用：轉換速度快，功耗低，但是非線性限制了其應用AGC： 在很大的動態范圍都是線性的，應用范

9、圍廣。例如：帶均衡在很大的動態范圍都是線性的，應用范圍廣。例如：帶均衡器的接收機。器的接收機。限幅放大器限幅放大器自動增益控制放大器自動增益控制放大器在數字通信系統中，碼元同步是系統正常工作的必要條件。在數字通信系統中，碼元同步是系統正常工作的必要條件。時鐘和數據恢復電路（時鐘和數據恢復電路（Clock and Data Recovery CDR）的）的作用就是在輸入數據信號中提取時鐘信號并找出數據和時鐘作用就是在輸入數據信號中提取時鐘信號并找出數據和時鐘正確的相位關系正確的相位關系激光器驅動（電流）激光器驅動（電流）調制器驅動（電壓）調制器驅動（電壓） MUX：16路并行 數據輸入，經過并串

10、轉換，輸出數據。（如并行數據輸入為622Mb/s ，那么輸出數據為9.95Gb/s） DeMUX：則反過來，輸入數據經過串并轉換，輸出16路并行 數據光模塊簡介光模塊簡介光模塊內部主要元器件光模塊內部主要元器件光模塊調制方式光模塊調制方式光模塊的特點及應用光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊主要性能指標光模塊接口電平光模塊接口電平直接調制直接調制 外調制外調制 EA調制（調制（Electroabsorption Modulator） MZ調制（調制（Mach-Zehnder Modulator）P1P0利用電信號的利用電信號的1和和0控制激光器的電流大小控制激

11、光器的電流大小。激光器一直處于發光狀態，電信號激光器一直處于發光狀態，電信號1、0 作用于電吸作用于電吸收調制器。收調制器。 來控制激光器出光大小。來控制激光器出光大小。激光器一直處于發光狀態，發出的光經過一個激光器一直處于發光狀態，發出的光經過一個Y型波導分束器分出兩型波導分束器分出兩束相位等一樣的光信號，束相位等一樣的光信號， 電信號控制兩個干涉臂電級，使兩束光信電信號控制兩個干涉臂電級，使兩束光信號產生不同的相位，再經過號產生不同的相位，再經過Y型合束器，型合束器，1信號時，相位相同，進信號時，相位相同，進行疊加，行疊加，0信號時，相位相差信號時，相位相差180度，光信號度，光信號 抵消

12、。抵消。光模塊簡介光模塊簡介光模塊內部主要元器件光模塊內部主要元器件光模塊調制方式光模塊調制方式光模塊的特點及應用光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊主要性能指標光模塊接口電平光模塊接口電平特點：特點： 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80km應用應用數據通信：快速以太網，千兆以太網電信： OC -3/STM -1, OC -12/STM -4特點：特點： 工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s 工作電壓：3.3 V或5V 波長：850nm，1310nm，1550n

13、m 傳輸距離可達160km 帶數字診斷功能（部分）應用：應用： 數據通信：千兆以太網，1x/2x光纖通道 電信：OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、 OC-48/STM-16 特點：特點： 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80km 帶數字診斷功能（部分）應用：應用： 數據通信：快速以太網，千兆以太網，1x/2x/4x 光纖通道 電信：OC -3/STM-1、OC -12/STM-4、OC-48/STM-16 特點：特點：工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s工作電壓：3.3 V波

14、長：850nm，1310nm，1550nm，WDM寬溫工作范圍傳輸距離可達100km+帶數字診斷功能應用：應用：數據通信：快速以太網，千兆以太網，1x/2x/4x 光纖通道電信：OC-3/STM-1、OC-12/STM-4、OC-48/STM-16 特點：特點： 工作速率:155Mb/s 2.5Gb/s 工作電壓：3.3 V 傳輸距離可達20km 帶數字診斷功能應用：應用： PON接入網特點：特點： 工作速率:10Gb/s 波長：1310nm，1550nm，DWDM 傳輸距離可達80km 帶數字診斷功能應用：應用： 數據通信：10G以太網，10G光纖通道 電信： OC -192/STM -64

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

16、溫度自動溫度控制控制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制電壓調制電壓控制控制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/AECLOSRxP

17、owerTxPowerTxDisableData InData OutOptical InOptical OutTOSADriverROSAMAAPC/AECLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C 數字診斷數字診斷(DDM)模塊特點模塊特點TOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C CDRCDRTOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisable16路路 并

18、行并行Data In16路路 并行并行Data OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C MUXDeMUXTDM: Time Division Multiplex 時分多路復用時分多路復用 TDMA: Time Division Multiple Address 時分多路訪問時分多路訪問PON模塊模塊ONU光收發合一模塊功能框圖光收發合一模塊功能框圖OLT光收發合一模塊功能框圖光收發合一模塊功能框圖 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部主要元器件光模塊內部主要元器件光模塊

19、調制方式光模塊調制方式光模塊的特點及應用光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊主要性能指標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射光功率平均發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光通道代價抖動抖動傳輸速率傳輸速率傳輸速率指在單位時間內通過信道的平均信息量，一般有傳輸速率指在單位時間內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于二進制碼元，比特速率和碼元速率兩種表示方法由于對于二進制碼元，比特速率和碼元速率相等比特速率指系統每秒鐘傳送

20、的比特速率和碼元速率相等比特速率指系統每秒鐘傳送的比特數，單位為比特數，單位為bit/s SDH等級等級 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中能夠無差錯傳輸的最大距離傳輸距離指模塊在特定光纖傳輸系統中能夠無差錯傳輸的最大距離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），探測器靈敏度，傳輸速率等工作方式），探測器靈敏度，傳輸速率等 功率受限系統傳輸距

21、離的計算功率受限系統傳輸距離的計算:（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電平一般過沖都會比較嚴重，可能在始端串22歐或33歐電阻； TTL電平輸入腳懸空時是內部認為是高電平。要下拉的話應用1k以下電阻下拉。ECL，PECL和和LVPECL電平電平 ECL：Emitter Coupled Logic 發射極耦合邏輯電路發射極耦合邏輯電路(差分結構差分結構) Vcc=-5.2V；VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。 速度快，驅動能力強，噪聲小，很容易達到幾百M的應用。但是功耗大，需要負電源。為簡化電源，出現了PECL(ECL結構，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動。中間可用交流耦合