光电模块基础知识培训

★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。 ★ APD在工作时需要比较高(30～70V)的反向偏压,模块中要附 加额外的DC－DC升压电路,增大了模块的成本和电路的复杂程 度。最佳 Vapd≈0.9Vbr ，Vbr 是APD的反向击穿电压，为正温 度系数，所以升压电路输出的Vapd 要做温度补偿。 ★ APD要求稳定、“干净”的反向偏压， 否则会影响接收灵敏 度。 ★过大的光电流(＞0.5～1mA)会烧坏APD，在测试时，输入光 功率不能超过0～-4dBm，一般要求<-7dBm.
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) 7. 自动温度控制(ATC)电路—保持LD内恒定的温度（25℃）， 以保证激光器参数的稳定性。
内容提要
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
光电模块构成： 1、光电子器件； 2、功能电路； 3、光接口、结构外壳。
光电模块工作原理： 1、发射部分→把输入的一定速率电信号经驱动电路使激
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 Threholdcurrent） 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 BIAS 。LD的两个主要 参数：阈值电流Ith和 斜效率Slope efficiency） 是温度的函数，且具有 较大的离散性。
光接收部分由光接收器件、前置放 大和限幅放大三部分组成。把经过 传输后的微弱光信号转换为电信号， 并放大整形恢复成原来的电信号。 附加告警指示、接收监控。
输入的光信号通过PIN管转换成光电流。光电流又通过跨阻放 大器（TIA—Tranimpedance Amplifier）转换成电压信号。电 压信号经限幅放大，并通过整形滤波器与限幅放大器产生差分 DATA与/DATA的数据差分信号输出。
A B
校准写信息
QC检测
清洗光端面 包装 入库检 验 入库
生产操作中需要注意事项：
一、操作前必须确认是否戴好防静电手腕带，严禁用手直接拿器件、模块走动； 二、各项操作必须完全按照作业指导书进行，不得擅自更改操作方法； 三、焊接操作中注意电烙铁温度控制，按作业文件规定； 四、不得将正在通光的模块或光纤对准眼睛等身体脆弱部分； 五、插入光纤跳线时要45度斜角对准再同轴插入； 六、老化接电时必须确认无短路、连接完好后方可离开； 七、洗板水、酒精灯易燃品使用时注意安全。 八、产品操作后摆放整齐，操作台面整洁、无杂物。
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光电模块基础知识培训
研发部 2014-07
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内容提要
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
内容提要
光器发出相应速率的光信号；
2、接收部分→一定速率的光信号输入光模块后由光探测
二极管转换为相应速率的电信号再经放大后输出。
光发射部分由驱动电路、控制电路 （如APC/ATC)、光源三部分组成。 将电信号转为光信号，具有附加发 射禁止和监视输出功能。
管芯类型：FP、DFB、VCSEL、LED、DML、EML 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。
光纤通信的主要优点有: (1)传输频带宽,通信容量大。 (2)线路损耗低,传输距离远。 (3)抗干扰能力强,保密性好。 (4)线径细,重量轻。 (5)抗化学腐蚀能力强。 (6)光纤制造资源丰富。 光纤通信的主要缺点有: (1)光纤易折断。 (2) 连接困难。 (3)怕弯曲。
内容提要
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
）
组件生产流程图：
1.组装 金属件清洗
A 焊点检查
B 温循考核 发射Biblioteka Baidu测 接收终测 端面清洗
配胶 2.发射耦合 组装 3.接收耦合 发射耦合 4.性能测试 耦合目检 激光焊接固定 A 接收耦合 接收点胶 接收初测
发射性能初测
包装 QA检查 入库
高温考核 B
模块生产流程图：
光电器件选择
A
B
调试、初测 器件管脚整形 清洗 器件组装焊接 目检 目检 老化 装外壳 终测
SFPCWDM/DWDM系列：
SFP+系列：
SFP封装、SR,LR,ER,ZR系列。 应用于10G光纤传输系统，是现在主流高 速模块。
XFP系列：
XFP封装、SR,LR,ER,ZR系 列，带CDR时钟数据恢复模 块。 应用于10G光纤传输系统， 是现在主流高速模块。
GBIC/XENPAK/X2/3 00pin/电口模块：
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，以光纤 作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最 新通信技术。光纤通信是通信发展的必然方向。
TIA的技术要求和应用
★低的等效输入噪声电流 ★ 高输入阻抗，低输入电 容 ★ 足够宽的通频带 fH≈0.75×工作速率 ★ 宽动态范围 ★ Rf要足够大，以保证有 足够大的输出电压 ☆ TIA和探测器偏置（Vpd）必须 通过良好的去耦滤波电路供电 ☆ PD和TIA必须有良好的屏蔽 ☆ TIA的通频带(-3db高频截止频 率)：fH=(0.7～0.75)×数据率， fH过小，会产生码间干扰；过高， 会降低信噪比 ☆选用低的等效输入噪声电流、 高的跨阻抗的TIA，才能得较高灵 敏度 跨阻放大器的优点：减小了放大器输入端的电容，使电 路的通频带得到扩展，以适应高速率使用。
☆按封装：1X9、SFF、GBIC、SFP、 200/300pin 、 Xenpak 、X2/XPAK 、XFP、SFP+、QSFP、CFP
☆按速率：低速率、百兆、千兆、2.5G、3.125G、
4.25G、6G、8G、10G、40G、100G。。。
☆按光接口：SC、FC、
ST 、 LC
1X9单双纤系列：
应用少、是推动技术发展的 过渡产品。电口模块只有电 不带光。
40G/100G产品： QSFP,CFP.
是40G以上高速率主流模块
内容提要
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
光电模块： 光纤通信系统中，实现光信号和电信号相互转 换的装置。
内容提要
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
数字光纤通信系统框图
A、电信领域：
B、安防领域：
SFP单双纤LC/SC 系列：
SFP封装、光接口LC、工 作电压3.3V、工作速率 155M/622M/2.5G可选、工 作温度商业级/工业级可选、 告警类型TTL。 应用于ATM、SDH、以太 网等光纤传输系统，是现 在主流模块，具有抗干扰 能力强的金属外壳，金手 指支持热插拔，体积小， 能进行实时监控等优点。
输 出 倍 压 电 路
限幅放大器的原理框图
三部分组成： ★直流耦合多级放大器 ★直流漂移补偿（自动 调零）电路 ★光功率检测告警电路 (有滞回的比较器)
内容提要
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
TIA就必须有AGC功能， 以保证足够的信号动态 范围。
对小功率输入光转换后的小幅 度电信号采用大增益的放大倍 数，而对大功率输入光转换后 的大幅度信号采用小增益的放 大倍数，从而使其输出的电信 号幅度波动大大小于输入光信 号功率的波动幅度。在模块的 电数据输出端保持恒定的输出， 不会随输入光信号的大小变化 而波动
生产操作中容易出现的问题：
生产操作中容易出现的问题：
内容提要
一、光纤通信； 二、光电模块定义； 三、光电模块应用； 四、光电模块构成与原理； 五、光电模块分类； 六、光电模块生产工艺； 七、光电模块性能指标； 八、光电模块发展趋势；
光电模块必须满足行业内制定的各项标准
一、MSA多源协议（定义电接口和机械接口） 1.SFF MSA;2.SFP MSA;3.SFF 8472(Digital Diagnostic);4.SFF 8431(SFP+)5.XFP MSA(INF-8077i);6.GBIC MSA;7.Xenpak MSA;8.300-Pin MSA等 二、以太网协议（定义光接口） 1.IEEE802.3-2002(General); 2.IEEE802.3 ah(EPON); 3.IEEE802.3 ab(10/100/1000Base-T); 4.IEEE802.3 ae(10G);5,IEEE802.3 av (10G EPON);等 三、同步数字系统与同步光纤网络协议（定义光接口） 1.ITU-G.957(STM-1,STM-4，STM-16，SDH Optical interface);2.ITU-G.958(SDH System Basic including jitter requirement);3.ITU-G.691(10G SDH,STM64);4.ITUG.959(OTN);5.Telcodia GR-253(SONET:Synchronous Optical Networks);6.ITUG.983.X(APON,BPON);7.ITU-G.984.X(GPON);等 四、其他（定义光接口） 1.10GFC Rev3.5(10G Fiber Channel);等
LD温度特性：
LD是半导体器件，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。
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)。
1. 开关管关断，在电感L上产生反激电压，通过D1对C3充电，VC3=VO 2. 开关管开通，L充电，D1断，C3通过D2向C2转移电荷，C2被充电到 VO(C3=10C2 VC2=VO) 3.开关管关断， L上产生的反激电压与VC2叠加,通过D3对C4充电 VC4=VO+VC2=2VO
DC-DC
发射驱动电路实 质上就是一个 高速电流开关
直流耦合
交流耦合
激光器驱动电路具备APC功能(自动光功率控制)，可根据 监控LD发光大小的背向光接收PD(为区别于上面接收部分 的PD，我们简称LDPD)输出电流大小，确定加给LD的驱动 电流大小。通过APC电路，LD驱动电路可实现动态调节LD 驱动电流大小。当LD发光变大时，上述LDPD输出电流变 大，LD驱动电路减小加给LD的驱动电流，以使LD发光变 小；反而，当LD发光变小时，LD驱动电路将增加驱动电 流以增大LD发光，从而保证LD发光功率保持恒定。
1X9封装、光接口SC/FC/ST可选、也可做成带尾纤、、 工作电压3.3V/5V可选、工作速率 DC/52M/155M/622M/1.25G可选、工作温度商业级/工 业级可选、告警类型PECL/TTL可选。 应用于ATM、SDH、以太网等光纤传输系统，比如光端 机、收发器。
SFF单双纤系列：
SFF封装、光接口双纤 LC/单纤SC/LC、工作电 压、工作速率 155M/622M/1.25G可选、 工作温度商业级/工业级 可选、告警类型 PECL/TTL可选。 应用于ATM、SDH、以 太网等光纤传输系统， 主要是一些老光纤传输 系统。