光模块知识(全)
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对于1.5μm DFB激光 器，波长温度系数约 为13GHz/℃
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光模块基础知识介绍
热敏电阻 TEC
激光器管芯
l0激光输出
TEC 控制电路
由温度实现波长反馈控制示意图
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光模块基础知识介绍
• 2.2 接收部分
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光模块基础知识介绍
2.2.1 PIN/APD的主要特性
波长响应范围：对一定波长范围内的入射光进行光电转换。
• 通过检测背光二极管（MD） 产生的光电流（平均值）来 实现闭环控制
• APC调节偏置电流来保持平 均输出光功率稳定
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光模块基础知识介绍
2.1.4 TEC温度控制电路
DWDM（密集波分复用）技术不断发展，为了尽可能地传输更多的信道，要 求光源峰值波长的间隔尽可能地小，这就对激光器波长的稳定性提出了更高 的要求。对于采用0.8nm（100GHz）信道间隔的DWDM系统，一个0.4nm的 波长变化就能把一个信道移到另一个信道上。DWDM激光器的波长容差典型 值为±0.1nm。
• LD的两个主要参数：阈值电流
Ith和斜效率S（Slope efficiency）
是温度的函数，且具有离散性
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
2.1.2 激光二极管驱动电路
• 驱动电路实质上就是一个高 速电流开关
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光模块基础知识介绍
2.1.3 自动功率控制（APC）原理
正常工作时为低电平( <0.8V )
• TX_Disable:关断使能输入.需要在模块内由4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V. 低电平(0~0.8) 正常工作 高电平(2~3.465)关断 悬空:关断
• LOS:开集/漏极输出,需要4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V. 当输入光功率低于最差接受光功率时 高电平告警,
限幅放大器起的作用就是把TIA输出的幅度不同的信号处理成等 幅的数字信号。
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2.2.4 定时判决、时钟提取
时钟和数据恢复电路（Clock and Data Recovery —CDR）的作用 就是在输入数据信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正确的 相位关系
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VCCT 和 VCCR可以在模块内相连。发射和接收的地可以在模块内相连。 26
光模块基础知识介绍
• TD-/+ 是发射部分差分信号输入,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗. 差分输入信号摆幅范围500mV~2400mV
• RD-/+ 接受部分差分信号输出,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗. 差分输出信号摆幅范围370~2000mV
• Rate_Select: 接收部分速率选择。 • Mod_Def0:接地 • Mod_Def1:I2C的时钟线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC • Mod_Def2:I2C的数据线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC
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TX_Fault:开集/漏极输出,需要在主板上由4.7K~10K电阻上拉至 2~VCC+0.3V. 激光器失效时为高电平,
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光模块基础知识介可以看出在正常工作范围内， 激光器波长与温度成正比关系，环 境温度的变化会对波长造成影响。 激光器波长的温度依赖性典型约为 0.08nm/℃,因此对波长的控制可 通过温度控制来实现，对激光器的 管芯温度进行控制是稳定激光器发 射波长的最有效、最基本的方法。
升压电路
倍压电路
温度补偿
热敏电阻
APD
光电流Ig
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
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光模块基础知识介绍
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第三章 SFP模块电气接口（INF-8074)
1、引脚定义
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2、电气接口
VCCT 和 VCCR分别是发射和接受部分电源，要求3.3V±5%，最大供电电流 300mA以上。电感的直流阻抗应该小于1欧姆，确保SFP的供电电压稳定在 3.3V。推荐的滤波网络，可以保证插拔模块时的浪涌小于30mA。
2.2.5 APD偏置电压
APD的偏置电压（即通常所说的高压）一般约为20、30几伏，而目前光 模块的工作电压一般为3.3V或5V。
APD的灵敏度随着温度的升高而降低。
为保证APD的正常工作，需要引入高压电路及相应的温度补偿措施。 APD高压电路主要包括升压电路、倍压电路 和温度补偿 三个部分。
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• 2.1 发射部分
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2.1.1 激光二极管的特性
• 激光二极管（LD—Laser diode） 是一个电流器件，只在它通过 的正向电流超过阈值电流Ith （Threhold current）时它发出 激光
• 为了使LD高速开关工作，必须 对它加上略大于阈值电流的直 流偏置电流IBIAS
光模块基础知识介绍
第一章 光模块种类 第二章 光模块的基本组成部分 第三章 SFP模块的电气接口（INF-8074) 第四章 主要光口测试参数介绍
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第一章 光模块种类
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第二章 光模块的基本组成部分
主要功能：提供光电－电光转换能力。 由两部分组成：发射部分和接收部分。 发射部分将电信号转换为光信号。 接收部分将光信号转换为电信号。
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2.2.2 前置放大电路
这种I-V变换电路中有一个负反馈电阻Rf，所以又被称做跨阻放 大器（TIA—Tranimpedance Amplifier ）
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2.2.3 限幅放大器（主放）
TIA输出的是模拟信号，要把它转换成数字信号才能被信号处理 电路识别。
响应度：
响应速度：要能够检测高频调制的光信号，响应速度就要足够快。响应速度通常用响 应时间来表示。响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的响应——电脉冲的上升或下降 时间。
灵敏度：是指在保证一定通信质量条件下所需接收的最小信号功率（Ps）。
影响光接收组件的灵敏度的因素很多，和系统相关的主要有： ▪ 比特速率对灵敏度影响（比特速率越大，灵敏度下降越多） ▪ 输入脉冲波形对灵敏度影响 （输入脉冲波形越宽，灵敏度下降越大 ）
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热敏电阻 TEC
激光器管芯
l0激光输出
TEC 控制电路
由温度实现波长反馈控制示意图
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• 2.2 接收部分
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2.2.1 PIN/APD的主要特性
波长响应范围：对一定波长范围内的入射光进行光电转换。
• 通过检测背光二极管（MD） 产生的光电流（平均值）来 实现闭环控制
• APC调节偏置电流来保持平 均输出光功率稳定
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2.1.4 TEC温度控制电路
DWDM（密集波分复用）技术不断发展，为了尽可能地传输更多的信道，要 求光源峰值波长的间隔尽可能地小，这就对激光器波长的稳定性提出了更高 的要求。对于采用0.8nm（100GHz）信道间隔的DWDM系统，一个0.4nm的 波长变化就能把一个信道移到另一个信道上。DWDM激光器的波长容差典型 值为±0.1nm。
• LD的两个主要参数：阈值电流
Ith和斜效率S（Slope efficiency）
是温度的函数，且具有离散性
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2.1.2 激光二极管驱动电路
• 驱动电路实质上就是一个高 速电流开关
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2.1.3 自动功率控制（APC）原理
正常工作时为低电平( <0.8V )
• TX_Disable:关断使能输入.需要在模块内由4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V. 低电平(0~0.8) 正常工作 高电平(2~3.465)关断 悬空:关断
• LOS:开集/漏极输出,需要4.7K~10K电阻上拉至2~VCC+0.3V. 当输入光功率低于最差接受光功率时 高电平告警,
限幅放大器起的作用就是把TIA输出的幅度不同的信号处理成等 幅的数字信号。
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2.2.4 定时判决、时钟提取
时钟和数据恢复电路（Clock and Data Recovery —CDR）的作用 就是在输入数据信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正确的 相位关系
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光模块基础知识介绍
VCCT 和 VCCR可以在模块内相连。发射和接收的地可以在模块内相连。 26
光模块基础知识介绍
• TD-/+ 是发射部分差分信号输入,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗. 差分输入信号摆幅范围500mV~2400mV
• RD-/+ 接受部分差分信号输出,采用交流耦合,差分线具有100欧姆输入阻抗. 差分输出信号摆幅范围370~2000mV
• Rate_Select: 接收部分速率选择。 • Mod_Def0:接地 • Mod_Def1:I2C的时钟线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC • Mod_Def2:I2C的数据线.应该在主板上由4.7K~10K电阻上拉至VCC
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TX_Fault:开集/漏极输出,需要在主板上由4.7K~10K电阻上拉至 2~VCC+0.3V. 激光器失效时为高电平,
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光模块基础知识介可以看出在正常工作范围内， 激光器波长与温度成正比关系，环 境温度的变化会对波长造成影响。 激光器波长的温度依赖性典型约为 0.08nm/℃,因此对波长的控制可 通过温度控制来实现，对激光器的 管芯温度进行控制是稳定激光器发 射波长的最有效、最基本的方法。
升压电路
倍压电路
温度补偿
热敏电阻
APD
光电流Ig
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第三章 SFP模块电气接口（INF-8074)
1、引脚定义
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2、电气接口
VCCT 和 VCCR分别是发射和接受部分电源，要求3.3V±5%，最大供电电流 300mA以上。电感的直流阻抗应该小于1欧姆，确保SFP的供电电压稳定在 3.3V。推荐的滤波网络，可以保证插拔模块时的浪涌小于30mA。
2.2.5 APD偏置电压
APD的偏置电压（即通常所说的高压）一般约为20、30几伏，而目前光 模块的工作电压一般为3.3V或5V。
APD的灵敏度随着温度的升高而降低。
为保证APD的正常工作，需要引入高压电路及相应的温度补偿措施。 APD高压电路主要包括升压电路、倍压电路 和温度补偿 三个部分。
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光模块基础知识介绍
• 2.1 发射部分
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2.1.1 激光二极管的特性
• 激光二极管（LD—Laser diode） 是一个电流器件，只在它通过 的正向电流超过阈值电流Ith （Threhold current）时它发出 激光
• 为了使LD高速开关工作，必须 对它加上略大于阈值电流的直 流偏置电流IBIAS
光模块基础知识介绍
第一章 光模块种类 第二章 光模块的基本组成部分 第三章 SFP模块的电气接口（INF-8074) 第四章 主要光口测试参数介绍
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光模块基础知识介绍
第一章 光模块种类
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光模块基础知识介绍
第二章 光模块的基本组成部分
主要功能：提供光电－电光转换能力。 由两部分组成：发射部分和接收部分。 发射部分将电信号转换为光信号。 接收部分将光信号转换为电信号。
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光模块基础知识介绍
2.2.2 前置放大电路
这种I-V变换电路中有一个负反馈电阻Rf，所以又被称做跨阻放 大器（TIA—Tranimpedance Amplifier ）
16
光模块基础知识介绍
2.2.3 限幅放大器（主放）
TIA输出的是模拟信号，要把它转换成数字信号才能被信号处理 电路识别。
响应度：
响应速度：要能够检测高频调制的光信号，响应速度就要足够快。响应速度通常用响 应时间来表示。响应时间为光电二极管对矩形光脉冲的响应——电脉冲的上升或下降 时间。
灵敏度：是指在保证一定通信质量条件下所需接收的最小信号功率（Ps）。
影响光接收组件的灵敏度的因素很多，和系统相关的主要有： ▪ 比特速率对灵敏度影响（比特速率越大，灵敏度下降越多） ▪ 输入脉冲波形对灵敏度影响 （输入脉冲波形越宽，灵敏度下降越大 ）