光收发芯片在高速光模块中的应用和研究

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1、2014年第2期总第146期S_L_C0NVALLEY光收发芯片在高速光模块中的应用和研究陈卫洁(武汉群茂科技有限公司，湖北武汉430074)摘要光收发芯片是高速光模块的核心器件，也是光通信系统接入网的关键器件，一直以来都是光通信领域的研究热点。激光器平均光功率和消光比参数控制、实时数字诊断侦测是光模块的重要性能指标，在光模块生产调试中需要严格校正。文章从高速光模块的实际应用出发，阐述了几种常见的光模块调试校正方法，然后提出了一个全新的光收发芯片方案，有效的保证了激光器性能和数字诊断侦测的准确性，提高了光模块的生产

2、效率，对研究高速光模块有较高的参考价值。关键词高速光模块；实时数字诊断侦测；平均光功率；消光比；光收发芯片中图分类号：TN29文献标识码：A文章编号：1671-7597(2014)02—0031一O2在国家大力发展宽带战略的背景下，光通信产业迎来了新均光功率不变。此方法没有引入反馈控制环路，温度变化时补的发展机遇。高速光模块是光通信系统接入网的关键器件，其偿精度不高，误差在2dBm左右。而且每只激光器都需要有单独中的光收发芯片一直以来都是光通信领域的研究热点。光收发对应的查找表。芯片主要包括限幅放大器、激光器驱动器

3、，完成高速数据传输模拟自动功率控制法是采样激光器内置的光电二极管PD的的发送和接收，但激光器平均光功率和消光比的参数控制、实电流，通过芯片外部的下拉电阻转换成电压，进入芯片内部与时数字诊断侦测这些指标都是外置MCU控制器完成，并且在光基准电压进行比较，再对驱动偏置电流进行调节，实现闭环控制。模块生产过程中需要校正，因此芯片设计在技术上还有优化和此方法引入了反馈控制环路，补偿精度可以保证，功率误差控改进的必要。制在0．5dBm以内，但模拟环路的响应时间很长，自动功率控制需要很长时间才能达到稳定，不能适应PON突发式快

4、速稳定的1光模块调试需求，只能应用在SFP连续式应用中。1．1激光器平均光功率和消光比参数控制数字快速自动功率控制法是在模拟自动功率控制法的基础根据激光器的固有特性，激光器的阈值电流和斜效率会随上改进而来，根据采样的光电二极管PD电流值，通过数字状态着温度的变化波动，而且长时间工作也会造成激光器的阈值电机和寄存器控制，采用二分法逐次逼近目标光功率。流发生波动，导致激光器的输出功率和消光比都发送变化。1．1．2消光比控制图1是激光器输出光功率与驱动电流的P—I关系曲线，两目前对于消光比的控制通常采用热敏电阻控制法以及

5、开环条曲线分别对应T和T两个不同温度，I。、I。是驱动偏查找表法。置电流，I。、I是驱动调制电流。热敏电阻控制法是把调制电流大小与热敏电阻关联起来，OpticalOu~ut随温度变化热敏电阻的电阻值会发生改变，芯片的调制电流也跟随变化，这种方法在早期的模块调试中比较常用。开环查找表法是在芯片外的EEPR~存储器上内置一组与温度对应的调制电流查找表，这样在激光器正常工作时通过检测模块环境温度，调整对应的调制电流值，达到保持消光比的目的。此方法没有引入反馈控制环路，温度变化时补偿精度不高，误差在3dBm以上。而且每只激

6、光器都需要有单独对应的查找表。1．2数字诊断调试高速光模块中的实时数字诊断功能，可以及时给系统管理提供模块寿命预测、故障定位以及模块兼容性的验证，是系统迫切需要的一种性能监测方法。主要包括电源电压、温度、发送光功率、发送偏置电流和接收光功率的实时数据，以及其他状态信息。在SFF一8472标准协议中，规定了数字诊断侦测以及其他相关功能的详细内容。该标准提出由光模块完成所有待侦测信号图1激光器在不同温度下的P—I关系曲线的采集以及数字化的工作，并按照标准中的格式要求，提供侦1．1．I平均光功率控制测结果或者参数的数字化

7、参数。这些信息被存放在对应的AO、目前对于平均光功率的控制通常采用开环查找表法、传统A2地址存储器中，由上位机系统通过I2C总线进行数据读写模拟自动功率控制法、数字快速自动功率控制法。传输。开环查找表法是在芯片外的EEPR~存储器上内置一组与温现在数字诊断功能常用的做法是采用数字控制器芯片(如度对应的偏置电流查找表，根据激光器工作时的环境温度值，DS1856)和外挂MCu处理器来实现。其原理是通过控制器芯片对应的调整偏置电流大小，实现对平均光功率的控制，保持平T6YR&D或者MCU芯片的ADC通道，从激光二极管驱动

8、器芯片、限幅放』：PAmKl(2)大器芯片的引脚，采样数字诊断功能所需要的信号数据，在芯其中，激光器的输出光功率、分别代表无光和有光，片内部进行处理，实现数字诊断侦测的目的。但由于每只光模对应逻辑“0”和“1”时数字信号。这里，DAPC的输出引入二块的差异，需要在生产调试过程中，对每只光模块的接收光功率、分法粗调模式和最小步长精调模式。实验表明，光功率的变化