带数字诊断功能的小封装光模块设计方案.docx

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1、带数字诊断功能的小封装光模块设计方案第1章、绪论1.1课题概述小型封装可插拔光模块简称SFP模块，它采用先进的精密光学及电路集成工艺制作，尺寸只有普通双工SC(1×9)型光纤收发模块的一半，因此在同样空间可以增加一倍的光端口数，可以增加线路端口密度，降低每端口成本。SFP模块还支持热插拔功能，即无需切断电源，光模块即可以与设备连接或断开，网络管理人员无需关闭网络就可升级和扩展系统，对在线用户不造成影响。热插拔功能也简化了总的维护工作，并使得最终用户能够更好地管理他们的收发模块。智能SFP模块，即具有数字诊断功能的SFP光模块，数字

2、诊断控制器所带的存储空间分为两部分一部分用于储存器件型号、制造商名称、序列号、器件的数据速率等基本信息，另一部分用于存储监控报警、校准常数与实时监控数据等数字诊断与监控相关信息。智能SFP模块是各厂商技术升级换代的标志性产品，它所特有的数字诊断功能可以实时监测光收发模块的温度、供电电压、激光偏置电流以及发射光功率和接收光功率。通过这些参数的测量，管理单元能迅速找出光纤链路中发生错误的具体位置，以简化维护工作，提高系统的可靠性。可以预见在今后两三年智能SFP光模块将成为市场的主要需求。本课题研究带数字诊断功能的小封装可热插拔光模块，

3、课题来源于华工正源光子技术的“2.5G带数字诊断功能的小封装光模块”重点攻关项目，该项目的工作主要分为器件、电路和结构三个部分，笔者有幸参与了电路部分的设计、PCB绘制、光模块测试与数字诊断软件调试等方面的工作，这些也是论文阐述的重点。1.2光模块研究现状及发展方向通信网干线传输容量的不断扩大及速率的不断提高使得光纤通信成为现代信息网络的主要传输手段，在现在的光通信网络中，如广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN)所需要的作为核心光电子器件之一的光收发模块的种类越来越多，要求越来越高，复杂程度也以惊人的速度发展。目前的

4、光通信市场竞争越来越激烈，通信设备要求的体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高。传统的激光器和探测器分离的光模块，己经很难适应现代通信设备的要求。为了适应通信设备对光器件的要求，光模块正向高度集成的小封装发展，SFF(SmallFormFactor)小封装光模块采用了先进的精密光学及电路集成工艺，尺寸只有普通双工SC(1×9)型光纤收发模块的一半，在同样空间可以增加一倍的光端口数，可以增加线路端口密度，降低每端口的系统成本。又由于SFF小封装光模块采用了与铜线网络类似的MT-RJ接口，大小与常见的电脑网络铜线接口相同，有利于现

5、有以铜缆为主的网络设备过渡到更高速率的光纤网络以满足网络带宽需求的急剧增长。此外，热插拔也是光模块的一个发展方向。未来的光模块必须支持热插拔，即无常切断电源，模块即可以与设备连接或断开，由于光模块可热插拔，网络管理人员无需关闭网络就可升级和扩展系统，对在线用户不会造成什么影响。热插拔性也简化了总的维护工作，并使得最终用户能够更好地管理他们的收发模块。同时，由于这种热交换性能，该模块可使网络管理人员能根据网络升级要求，对收发成本、链路距离以及所有的网络拓扑进行总体规划，而无需对系统板进行全部替换。支持热插拔功能的光模块目前有GBIC

6、(GigabitInterfaceConverter)和SFP(SmallFormPluggable)，由于SFP与SFF的外型大小相当，它可以直接插在电路板上，在封装上较省空间，其未来的发展趋势值得期待。通信设备的体积越来越小，接口板包含的接口密度越来越高，要求光电器件向低成本、低功耗的方向发展。目前光器件一般均采用混合集成工艺和气密封装工艺，下一步的发展将是非气密的封装，需要依靠无源光耦合(非X-Y-Z方向的调整)等技术进一步提高自动化生产程度，降低成本。随着光收发模块市场需求的迅速增长，功能电路、部分专用集成电路的供应商也逐

7、渐增多，供应商在规模化、系列化方面的积极投资使得此类IC的性能越来越完善，成本也越来越低，从而缩短了光收发模块的开发周期，降低了成本。尤其是处理高速、小信号、高增益的前置放大器采用的是GaAs工艺和技术，SiGe技术的发展，使得这类芯片的成品率及制造成本得到很好的控制，同时可进一步降低功耗。另外采用非制冷激光器也进一步降低了光模块的制造成本。目前的小封装光模块也都采用低电压3.3v供电，保证了端口的增加不会提高系统的功耗。人们对信息量要求越来越多，对信息传递速率要求越来越快，作为现代信息交换、处理和传输主要支柱的光通信网，一直不断

8、向超高频、超高速和超大容量发展，传输速率越高、容量越大，传送每个信息的成本就越来越小。长途大容量方面当前的热点是10Gbit/s和40Gbit/s，最新市场研究表明，10Gbit/s数据通信收发模块的全球总消费量将从2001年的1.57亿美元增长到