光模块基础培训介绍

光模块基础培训Zhou Yan(周炎) yan.zhou@
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目录
第一章
光模块的种类第二章
概述第三章
光模块相关参数第四章光模块生产流程
Confidential 3第一章光模块的
种类
Confidential
第二章概述
光模块的基本结构
光模块定义：完成完成O/E O/E O/E、、E/O 变换且具有标准光接口的光接口的系系统 基本结构：光源光源（（TOSA TOSA））+驱动电路、探测器（ROSA ROSA））+接收电路、接口接口、、其它辅助电路、外壳
TOSA TOSA：：Transmitter Transmitter Optical Sub Optical Sub Optical Sub--Assembly Assembly 光光发射组件（TOSA TOSA））
ROSA ROSA：：Receiver Optical Sub Receiver Optical Sub--Assembly Assembly 光接收光接收组件（ROSA ROSA））
BOSA BOSA：：Bi Bi--directional directional Optical Sub Optical Sub Optical Sub--Assembly Assembly 光双向收光双向收发组件（BOSA BOSA））
Confidential
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器是PIN PIN PIN光光电二极管和雪崩光电二极管二极管(APD)(APD)
PIN PIN的响的响应度通常为
0.650.65～～0.97A /W (λ=0.9(λ=0.9～～1.7μm)
APD APD是利用雪崩倍增效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它可以使接收灵敏度提高66～10dB
Confidential
限幅放大器
TIA 输出的是模拟信号信号,,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限幅放大器起的作用就是把TIA TIA 输出的幅度不同的信号处理成等幅的数字信号
限幅放大器Limiting Amplifier 主放大器Post Amplifier 量化器Quantizer
Confidential 10光模块基础知识
介绍
光收发模块
Confidential SFP SFP含含义：Small Factor Plug Small Factor Plug 小外型可插拔小外型可插拔 提出的背景和标准：多厂家协议
TOSA TOSA和和ROSA ROSA：：
光接口为LC LC、、MC MC型型
插芯直径插芯直径1.25mm 1.25mm
套管内径套管内径1.25mm 1.25mm
光器件
TO46/TO56
TO18
Confidential
SFP 光收发模块
工艺流程
电路板焊接
TOSA/ROSA 焊接电路调试
屏蔽罩安装入库末测老化壳体安装
DDS
Confidential 14
Confidential 15
Confidential
CFP CFP 光模光模块（Transceiver Transceiver））支持热插拔插拔，，容量为40G 40G 或或100GBit/s 100GBit/s可可应用于用于40G 40G 40G 和和100G Ethernet 100G Ethernet、、OC OC--768/STM 768/STM--256256、、OTU3OTU3、、OTU4OTU4。

按照按照模模块集成度的差异可分为：CFP CFP，，CPF2CPF2，，CFP4CFP4。

按照传输距离和光口规范的不同又可范的不同又可分分为：
1.100GBase 100GBase--SR10 (SR10 (10GbE 10GbE 10GbE ××10 λ 10 λ 短距离短距离短距离/100m) /100m)
2.100GBase 100GBase--LR4/ER4 (25GbE LR4/ER4 (25GbE××4λ4λ中中长距离距离33km km、、10km 10km、、40km 40km))所有所有光模光模块传输距离是由光输出信号的出信号的OSNR OSNR OSNR容容限、色散容限色散容限（（包括色度色散和偏振色散括色度色散和偏振色散））决定的决定的，，即由激光器及其驱动器的性能决定决定。

CFP2 CFP2 的集成度是的集成度是的集成度是CFP CFP CFP 的两倍的两倍的两倍，，而CFP4 CFP4 的集成度又是的集成度又是的集成度又是CFP2 CFP2 CFP2 的的两倍
CFP CFP（（Centum Form Centum Form--factor Pluggable factor Pluggable））
Confidential CFP 模块内部结构
：CDR\ROSA\TOSA\ODU\OMU
Confidential
CFP2模块调试环境
Confidential
第三章光模块相关参数
Confidential 201、平均发射光功率射光功率（（
P ）
Confidential 212、光调制幅度制幅度（（OMA ）与消光比消光比（（
ExR
）
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3、Q
因子
Confidential 234、眼图
模板(eye pattern)
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5、接收灵敏度
(Sensitivity)
接收灵敏度
接收灵敏度指光接收机满
足指定比特误码率(如10
-10或10-12)时可接收的最小平均光功率均光功率((dBm dBm))
这是光接收机的重要指标之一
噪声是限制接收灵敏度的最主要因素
右图就是误码率和信噪比的关系曲线
只要知道了只要知道了TIA
TIA TIA的等效的等效输入噪声电流,应用此曲线就可推算出接收灵敏度
Confidential
影响灵敏度的因素
信号噪声比信号噪声比(SNR)(SNR)
光信号的消光比
传输速率速率((数据比特率数据比特率)) 抖动
信号码型
工作波长
码间干扰
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6、接收接收过载过载
(overload)光线路系统
接口
Confidential 接收机最小过载光功率 最小过载光功率定义为:
接收机满足指定比特误码率(如10-10或10-12)时可接收的最大平均光功率大平均光功率((dBm dBm))
最小过载和灵敏度之间的差值(dB)(dB)就是接收机的
就是接收机的动态范围 接收机的过载能力主要取决于能力主要取决于TIA
TIA TIA的的AGC AGC性能性能
Confidential
7. 抖动
抖动是数字信号的取样时刻相对于理想参考时刻位置的短时间偏离偏离,,抖动的单位是位是UI,UI,UI,即即1bit 码时间间隔
光模块电路中的直流漂移和耦合电容都会引起输出光信号或电信号的抖动,信号的抖动会造成通信系统性能下降性能下降,,因此,抖动性能也是光发射和光接收的重要指标
Confidential
眼图
将光发射模块输出的出的(NRZ (NRZ 码)光信号送入取样示波器示波器,,就可以观察到光信号波形的察到光信号波形的““眼图”
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
同时给出抖动RMS RMS和抖和抖动P -P 值
Confidential
Confidential
8. 比特误码率
•比特误码率(BER—Bit Error Ratio)是衡量光接收机性能的最基本的参数
BER= = •BER 的表示形式：1×10-N 或者1.0E-N
(N 是正整数)
接收的误码比特数被接收到的比特数在测量时间内误码数比特率×测量时间
Confidential
伪随机二进制序列(PRBS)
在测试通信系统的性能时,经常使用的编码图案是不归零码(NRZ)伪随机二进制序列制序列(PRBS (PRBS (PRBS——Pseudo Random Binary Sequence)
PRBS PRBS相当于相当于相当于““随机数据随机数据””(在一个序列长度内的数据度内的数据‘‘0’0’和和‘1’码是随机排列是随机排列,,且‘0’0’和和‘1’码的数目相等的数目相等),),),因此它的因此它的频谱特征特征((在有限频带内)与白噪声接近与白噪声接近,,所以它适合用于测试通信系统的性能
但是这种数据的排列规则又是确定的又是确定的,
,序列长度为2n 2n--1比特比特，，每隔2n 2n--1个比特就重复同样的一组“随机数据随机数据””,这样就为测试误码率提供了方便
Confidential
9. 时钟和数据恢复(CDR)电路
在数字通信系统中,码元同步是系统正常工作的必要条件 时钟和数据恢复电路(Clock and Data Recovery (Clock and Data Recovery ——CDR)CDR)的作用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
CDR 电路大多基于锁相环(PLL)(PLL)原理原理
锁相环(PLL)电路
基本锁相环(PLL)电路主要由三部分组成：相位检测器(鉴相器PD)
(LPF)
波器(LPF)
低通滤波器
压控振荡器(VCO)
Confidential 第四章光模块生产流程
从研发到生产
1.1 1.1 HPPD HPPD 项目管理
调研、立项、研发、成果鉴定（里程碑里程碑）、）、转产测试、设计定型定型（（里程牌程牌）、）、）、小批量生小批量生产、批量生产、停产
1.2 转产转产阶阶段的测试
成果鉴定通过之前就进入试生产阶段，试生产测试由中试部（新产品导入）完成完成，，主要的测试项目有目有：：配合单板系统的性能测试、直通率统计、故障分析故障分析、、高低温试验、EMC 试验、振动试验、生产流程操作的评估等估等。

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1.3 1.3 生生产阶段
转产测试完成并合格后完成并合格后，，则设计定型后项目进入生产阶段（生产）。

）。

生生产阶段刚开始会进行小批量生产、稳定后转入批量生产阶段。

生产阶段的技术支持及生产维护工作由中试部完成部完成。

Confidential
Confidential
光模块组装调试
1.
完成光器件完成光器件、、PCB PCB、、盒体的组装；2.
光模块参数调试(自动调试和手动调试相结合)：3.发端调试：出光功率出光功率、、波长、光眼图（交叉点交叉点、、消光比消光比、、模板余量等量等））
4.收端调试：灵敏度灵敏度、、过载点、接收光功率定标
5.上单板：OSNR OSNR容限容限测试；
注：40G 40G光模光模块（DQPSK DQPSK））的调试流程比其他模块都要复杂，需要调试电眼图。

Confidential 测试设备
误码分析仪
示波器
光功率计
可调光衰减器
光谱分析仪
多波长计
电源 测试
板
Confidential 光模块高温老化
光模块调试完成后完成后，，为了后续工作的稳定性定性，，需要进行高温老化测试。

高温老化在高低温箱中进行，如下图
：
47谢谢！。