用于宽带接入网的光模块工作原理分析

器由跨阻放大器(TIA—
i
Tranimpedance Amplifier )构
A
成
u o =iR f
跨阻放大器就是一个I-V变换 器
跨阻放大器原理图
TIA中还有AGC功能电路，以 保证足够的信号动态范围
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光接收组件(ROSA)
在高速率光模块中,通常都是将PIN(或者APD)光 电二极管TIA组装在一个密封的金属外壳内,这就 构成了光接收组件(ROSA)
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消光比
消光比(re)的定义: re=P1/P0
其中: P1是‘1’码的光功率值 P0是‘0’码的光功率值
用对数表示:
EX=10lg(P1/P2)
消光比是光发射机的一个非常重要的指标, 因为它反映了光信号的相对幅度
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光眼图
将光发射模块输出的(NRZ码)光信号送入取 样示波器,就可以观察到光信号波形的“眼 图”
将LD芯片和监测光电二极管(MD)加上其他 元件封装在一个紧密结构中(TO同轴封装或 蝶形封装),就构成光发射组件(TOSA)
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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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驱动电路原理电路
LD调制电流输出电路原理图
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LD直流耦合接口电路原理图
0.65～0.97A/W(λ=0.9～1.7μm)
APD是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍 增的高灵敏度光电检测器,它可以使接收灵 敏度提高6～10dB
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前置(跨阻)放大器
经光电探测器产生的微弱信
号电流,由前置放大器转换成 Vcc
有足够幅度的信号电压输出 PIN
Rf
为适应高速率应用,前置放大
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1+y1
1 y2
幅 度 0.5
y1 0 −y10
x1 x2
x3 x4 1
1UI
x1/x4 x2/x3 x3－x2 y1/y2
155.52Mbps
0.15/0.85 0.36/0.65
-0.20/0.80
622.08Mbps
0.25/0.75 0.40/0.60
-0.20/0.80
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限幅放大器
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
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
1244.16Mbps 2488.32Mbps
0.28/0.72 0.40/0.60
-0.20/0.80
--0.2/0.8 0.25/0.75
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光眼图实例
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光接收模块
光接收模块的作用是把经过传输后的微弱光信号 转换为电信号,并放大、整形恢复为原输入的电信 号；光接收模块的原理框图如下
用于宽带接入网的光 模块工作原理
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内容摘要
1. 光模块在光通信设备中的作用 2. 光发射组件和光发射模块基本原理 3. 光接收组件和光接收模块基本原理 4. 单纤双向(收发一体)光模块基本原理 5. 用于PON的突发式光模块 6. 光模块发展趋势 7. 光模块常见失效模式
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光模块Fra Baidu bibliotek通信设备中的作用
光模块的作用：完成光电转换和电光转换 信号通过光模块实现传输媒体的转换(光纤←→铜线)
电光转换
光发射 模块
LD,LED
E/O
电发射机
光纤
PD,APD
O/E
光电转换
光接收 模块
电接收机
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光发射模块
光发射模块是由将带 有信息的电信号转换 成光信号的转换装置 和将光信号送入光纤 RF输入 的传输装置组成
右图是光发射模块的 示意图
MD LD
放大驱动电路 (电流开关)
光功率监控 自动功率控制
直流偏置
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光发射器件(FP-LD、DFB-LD)
法布里-帕罗型激光二极管(FP-LD)和分布 反馈激光二极管(DFB-LD)是光通信设备中 最常用的半导体光发射器件,与其他激光器 相比,LD具有体积小、重量轻、低功率驱动、 输出光功率大、调制方便、寿命长和易于 集成等一系列优点,这两种LD是目前在接入 网光模块中用得最多的光发射器件
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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
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， 且具有较大的离散性
光脉冲信号的质量都可以在光眼图上观察到
光脉冲波形的上升时间、下降时间、过冲和 下冲应加以控制,以免降低接收灵敏度
光脉冲形状特性由眼图模板给出,眼图模板 在光通信系统的标准中都已做了具体的规定
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眼图模板
右图是ITU-T G.983.1 G.984.2 规定的上行 光信号的眼图模板
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激光器驱动电路原理图
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驱动电路结构
一个典型的激光器驱动电路包括下列部分： 1. 差分电流开关电路—向LD输出调制电流 2. 偏置电流发生器—向LD提供直流偏置电流 3. 自动功率控制(APC)电路—在不同温度和
LD老化的情况下,改变IBIAS,保持PAVG不变 4. 故障告警、保护电路 5. 调制电流、偏置电流监控电路 6. 输入端整形电路(D触发器)
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LD的温度特性
LD是半导体器件，它的 特性与半导体二极管类 似
温度升高 阈值电流Ith增大 斜效率S降低
为了保持输出平均光功 率和消光比不变,在温度 上升时要增大IBIAS和IMOD
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光发射组件(TOSA)
光发射组件是光发射模块的主要部件,其中 光源(半导体发光二极管或激光二极管)是核 心
偏置电压
PD/APD TIA
光接收组件(ROSA)
主放
判决/限幅放大
信号检测
DATA DATA SD/LOS
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光接收器件
光接收器件是利用光电效应把通信中光信 号转换为电信号的光电检测器
光纤通信中常用的光电检测器是PIN光电二 极管和雪崩光电二极管(APD)
PIN的响应度通常为