光模块工作原理

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
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)
限幅放大器
的的眼图模板
度
y1
0
−y10
x1 x2
x3 x4 1
1UI
{0.22UI, 0.375UI, 0.20UI, 0.20UI, 0.30UI}
光眼图实例
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
偏置电压
PD/APD TIA
• 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)
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
驱动电路原理电路
LD调制电流输出电路原理图
LD直流耦合接口电路原理图
激光器驱动电路原理图
驱动电路结构
一个典型的激光器驱动电路包括下列部分：
• 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
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
器由跨阻放大器(TIA—
i
Tranimpedance Amplifier )构
• 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
眼图模板
右图是EPON 上行IEEE802.3ah
1+y1
2004规定的眼图模板
1
y2
下图是GPON上行G.984.2 规定 幅 0.5
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)
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”
用于宽带接入网的光模块 工作原理
光通事业部：李远谋 2009-9-01
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
• 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
• 限幅放大器 Limiting Amplifier 主放大器 Post Amplifier 量化器 Quantizer
限幅放大器工作原理和典型电路
限幅放大器主要由三 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)
影响灵敏度的因素
• 信号噪声比(SNR) • 光信号的消光比 • 传输速率(数据比特率) • 抖动 • 信号码型 • 工作波长 • 码间干扰
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(dBm)
光接收组件(ROSA)
主放
判决/限幅放大 信号检测
DATA DATA SD/LOS
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
0.65～0.97A/W(λ=0.9～1.7பைடு நூலகம்m)
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
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(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TIA的等效输 入噪声电流,应用此曲线就 可推算出接收灵敏度
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
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
光模块在通信设备中的作用
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
光电转换
LD,LED
光发射
光纤
模块
E/O
PD,APD
O/E
光接收 模块
电发射机
电接收机
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 RF输入 和将光信号送入光纤 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
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 入网光模块只用得最多的光发射器件