CN106899352B - 一种基于qsfp28光模块的光电转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种QSFP28光电转换装置，该光电转换装置包括：信号输入装置、发射装置、接收装置和控制装置；发射装置包括依次连接的时钟数据恢复电路、激光器驱动器、半导体激光器和波分复用合波器；接收装置包括依次连接的波分复用/解复用器、光电探测器、第二时钟数据恢复电路；第二时钟数据恢复电路中集成有限幅放大器；控制装置包括：处理器和控制电路。本发明在不影响现有10G网络框架的情况下，将10G网络提升到40/100G网络，同时通过时钟数据恢复电路，提高其传输性能和传输距离，由于半导体激光器的斜效率会随温度的变化而不同，通过处理器和控制电路实现对半导体激光器的自动功率控制来稳定激光器的平均光功率。
Description
技术领域
本发明涉及光模块收发系统，特别涉及一种基于QSFP28光模块的光电转换装置。
背景技术
随着网络带宽的增长，10G速率已经不能满足通信数据的传输要求，电信网和数据中心等应用网络中100G传输速率成为了必然的解决方案。第一代100G光模块是CFP光模块，体积非常大，而且传输距离也很短，随后出现了CFP2和CFP4光模块，其中CFP4光模块是目前最新一代的100G光模块，但体积仍然很大，传输距离的问题也没有解决，体积越大导致光模块在交换机上的端口密度更小。而且在接入网上联端口和云计算数据中心数据交换等短距离传输中，100G并行光模块需要内置数据选择器和分路器，这使得成本较高，集成数据选择器和分路器的器件虽然传输距离远，但是工艺复杂，且可靠性不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光电转换装置，解决了现有技术中光模块体积大、结构复杂和成本较高等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，包括：信号输入装置、发射装置、接收装置和控制装置；所述发射装置包括依次连接的时钟数据恢复电路、激光器驱动器、半导体激光器和波分复用合波器；所述信号输入装置与所述时钟回复电路电连接；所述接收装置包括依次连接的波分复用/解复用器、光电探测器、第二时钟数据恢复电路；所述第二时钟数据恢复电路中集成有限幅放大器；控制装置包括：处理器和控制电路；所述处理器通过控制电路分别与发射装置和接收装置连接。
本发明的有益效果是：本发明在不影响现有10G网络框架的情况下，将10G网络提升到40/100G网络，同时通过时钟数据恢复电路，提高其传输性能和传输距离，由于半导体激光器的斜效率会随温度的变化而不同，通过处理器和控制电路实现对半导体激光器的自动功率控制来稳定激光器的平均光功率。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述控制装置还包括：消光比补偿电路，所述处理器通过消光比补偿电路与所述半导体激光器连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：由于半导体激光器的斜效率会随温度的变化而不同，所以需要消光比补偿电路来实现稳定的激光器平均光功率。
进一步，所述半导体激光器为直接调制半导体激光器；所述光电探测器包括：光电二极管和跨阻放大器；所述波分复用/解复用器、光电二极管和跨阻放大器依次连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用直接调制半导体激光器以提高光信号的传输距离；并在光电探测器中集成光电二极管和跨阻放大器，将接收到的光信号转换为电信号，并进行放大，因为光电二极管转换的电信号十分微弱，先进行放大，避免电信号传输过程中的损耗造成信息丢失。
进一步，所述控制电路为I2C总线电路，所述I2C总线电路由数据线和时钟信号线构成。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用I2C总线电路进行连接，I2C总线电路具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。
进一步，所述半导体激光器中设置有光电二极管；所述光电二极管与所述处理器电连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：在半导体激光器中设置光电二极管，用于检测激光器的光输出功率大小，并将光电二极管检测到的输出功率值发送到处理器，处理器通过控制电路控制激光器驱动器调整偏置电流的大小，以平稳激光器的光功率。
进一步，所述处理器还与I2C通信接口连接；并通过所述I2C通信接口与上位机通信连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：处理器与通过I2C总线电路与发射装置和接收装置中的各部件进行连接，检测各部件的电压、温度、激光器偏置电流、输入光功率和接收光功率，并通过I2C通信接口与上位机通信连接，将检测到的各项参数上报到上位机，上位机通过与处理器的连接根据参数数值对发射装置和接收装置中的各部件进行控制。
进一步，所述通信连接包括：无线连接或有线连接。
进一步，所述时钟数据恢复电路设置4路；所述激光器驱动器和所述半导体激光器均设置4组，每路时钟数据恢复电路均连接均与一组激光器驱动器和半导体激光器依次连接；所述光电探测器设置4组；第二时钟数据恢复电路设置4路，每组光电探测器均连接一路第二时钟数据恢复电路。
进一步，所述半导体激光器发射的激光波长的范围为：1290纳米-1310纳米。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过发射波长较长的的激光进行传输，减少激光的损耗，提高传输效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置结构示意图；
图2为本发明另一种实施例提供的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置的处理器、消光比补偿电路和半导体激光器连接示意图；
图3为本发明另一种实施例提供的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置结构示意图其一；
图4为本发明另一种实施例提供的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置结构示意图其二；
图5为本发明另一种实施例提供的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置的激光器驱动器和半导体激光器电路连接示意图；
图6为本发明另一种实施例提供的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置的波分复用/解复用器和光电探测器电路连接示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、激光器驱动器，2、半导体激光器，3、波分复用/解复用器，4、光电二极管，5、跨阻放大器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，包括：信号输入装置、发射装置、接收装置和控制装置；发射装置包括依次连接的时钟数据恢复电路、激光器驱动器1、半导体激光器2和波分复用合波器；信号输入装置与时钟回复电路电连接；接收装置包括依次连接的波分复用/解复用器3、光电探测器、第二时钟数据恢复电路；第二时钟数据恢复电路中集成有限幅放大器；控制装置包括：处理器和控制电路；处理器通过控制电路分别与发射装置和接收装置连接。
上述实施例中，信号输入装置，用于产生差分电信号，并发送到发射装置；时钟数据恢复电路，用于对差分电信号进行处理发送到激光驱动器，具体的，时钟数据恢复电路提取时钟信号和恢复信号，对发送进来的差分电信号动态建立判决值以使数据恢复并输出；激光器驱动器1，用于通过接收到的差分电信号为半导体激光器2提供偏置电流和调制电流；半导体激光器2，用于通过偏置电流和调制电流发出带有调制信号的激光信号；波分复用合波器，用于将激光信号合为一束激光信号输出；波分复用/解复用器3，用于将一束激光信号分成多路不同波长的激光信号；光电探测器用于将激光信号转化为电信号；限幅放大器，用于将电信号功率进行逐级放大，避免电信号过于微弱导致传输过程的损耗导致信息丢失；第二时钟数据恢复电路用于提取电信号的时钟信号和恢复信号，对接收到的信号动态建立判决值以使数据恢复并输出；处理器，通过控制电路与发射装置和接收装置连接，提取发射装置和接收装置各个部件相应端口的数字信息实现对各个通道的电压、温度、激光器偏置电流、输入光功率和接收光功率的实时监控和上报。
如图2所示，优选的，控制装置还包括：消光比补偿电路，处理器通过消光比补偿电路与半导体激光器2连接，由于半导体激光器2的斜效率会随温度的变化而不同，处理器中设置有激光器发射的激光的光功率值，并通过消光比补偿电路来实现稳定的激光器平均光功率。
QSFP28光模块的封装大小比100G CFP4光模块更小，这意味着QSFP28光模块在交换机上具有更高的端口密度。它能采用100Gbit/s单通道物理层技术实现100Gbit/s传输网络。为数据中心运营商带来的最大的优势是在1U面板的空间限制下，能够最大化带宽和端口密度，U表示服务器尺寸,1U等于44.5毫米,孔距为470毫米。
如图3所示，优选的，半导体激光器2为直接调制半导体激光器2；光电探测器包括：光电二极管4和跨阻放大器5；波分复用/解复用器、光电二极管和跨阻放大器依次连接，直接调制半导体激光器2可以有效的提高激光器发射的激光的传输距离；接收装置中通过光电二极管4实现对激光信号转化为电信号，但是该电信号的强度十分微弱，通过跨阻放大器5对其进行预先放大，防止该电信号在传输时的损耗导致信息丢失。
优选的，控制电路为I2C总线电路，I2C总线电路由数据线和时钟信号线构成，采用I2C总线电路进行连接，I2C总线电路具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点，提高处理器对发射装置和接收装置的接收效率，进而提高处理效率。
优选的，半导体激光器2中设置有光电二极管4；光电二极管4与处理器电连接，在半导体激光器2中设置光电二极管4，实时检测激光器发射的激光信号的输出功率大小，并发送到处理器中，处理器通过对功率大小进行判断，通过控制电路控制激光驱动器调整输出的偏置电流大小，实现对半导体激光器2的输出激光信号的功率控制。
如图4所示，优选的，处理器还与I2C通信接口连接；并通过I2C通信接口与上位机通信连接，处理器与通过I2C总线电路与发射装置和接收装置中的各部件进行连接，检测各部件的电压、温度、激光器偏置电流、输入光功率和接收光功率，并通过I2C通信接口与上位机通信连接，将检测到的各项参数上报到上位机，上位机通过与处理器的连接根据参数数值对发射装置和接收装置中的各部件进行控制。
优选的，通信连接包括：无线连接或有线连接。
优选的，时钟数据恢复电路设置4路；如图5所示，激光器驱动器和半导体激光器电路连接示意图，激光器驱动器和半导体激光器均设置4组，每路时钟数据恢复电路均连接均与一组激光器驱动器和半导体激光器依次连接；光电探测器设置4组；第二时钟数据恢复电路设置4路，每组光电探测器均连接一路第二时钟数据恢复电路，光电探测器包括：光电二极管4和跨阻放大器5；第二时钟数据恢复电路设置4路，图中外围电路皆设置接地，电路上的静电和冗余电流泄放到大地，减少对人员的伤害，起到稳压的作用，进而避免器件功率波动导致的器件温度过高。
优选的，半导体激光器2发射的激光波长的范围为：1290纳米-1310纳米，具体的，4组激光的波长为1296纳米、1300纳米、1305纳米和1309纳米。
实施例：信号输入装置输入4对28Gbit/s差分电信号经过时钟数据恢复电路在整形和定时后，由激光器驱动电路接收，驱动激光器发出带有数据调制信号的4路不同波长的激光，然后通过波分复用合波器将4路光信号合为一路输出。接收单元由探测器、限幅放大器和CDR电路组成。考虑到传输损耗，28Gbit/s信号传输速率通常按25Gbit/s算；在接收装置中，波分复用/解复用器3将一路100Gbit/s激光信号分成4路不同波长的25Gbit/s激光信号，并通过探测器将其转换成4路微弱的电信号，微弱的电信号首先经过跨阻放大器5放大，然后由限幅放大器接收并对跨阻放大器5放大后的信号进行二级放大，输出电信号，从而完成光/电转换。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，其特征在于，包括：信号输入装置、发射装置、接收装置和控制装置；所述发射装置包括依次连接的时钟数据恢复电路、激光器驱动器、半导体激光器和波分复用合波器；所述信号输入装置与所述时钟回复电路电连接；所述接收装置包括依次连接的波分复用/解复用器、光电探测器、第二时钟数据恢复电路；所述第二时钟数据恢复电路中集成有限幅放大器；控制装置包括：处理器和控制电路；所述处理器通过控制电路分别与发射装置和接收装置连接；
所述时钟数据恢复电路设置4路；所述激光器驱动器和所述半导体激光器均设置4组，每路时钟数据恢复电路均连接均与一组激光器驱动器和半导体激光器依次连接；所述光电探测器设置4组；第二时钟数据恢复电路设置4路，每组光电探测器均连接一路第二时钟数据恢复电路；
所述半导体激光器为直接调制半导体激光器；所述光电探测器包括：光电二极管和跨阻放大器；所述波分复用/解复用器、光电二极管和跨阻放大器依次连接；
信号输入装置输入4对28Gbit/s差分电信号经过时钟数据恢复电路在整形和定时后，由激光器驱动电路接收，驱动激光器发出带有数据调制信号的4路不同波长的激光，然后通过波分复用合波器将4路光信号合为一路输出；
在接收装置中，波分复用/解复用器将一路100Gbit/s激光信号分成4路不同波长的25Gbit/s激光信号，并通过探测器将其转换成4路微弱的电信号，微弱的电信号首先经过跨阻放大器放大，然后由限幅放大器接收并对跨阻放大器5放大后的信号进行二级放大，输出电信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，其特征在于，所述控制装置还包括：消光比补偿电路，所述处理器通过消光比补偿电路与所述半导体激光器连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，其特征在于，所述控制电路为I2C总线电路，所述I2C总线电路由数据线和时钟信号线构成。
4.根据权利要求1所述的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，其特征在于，所述半导体激光器中设置有光电二极管；所述光电二极管与所述处理器电连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，其特征在于，所述处理器还与I2C通信接口连接；并通过所述I2C通信接口与上位机通信连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，其特征在于，所述通信连接包括：无线连接或有线连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于QSFP28光模块的光电转换装置，其特征在于，所述半导体激光器发射的激光波长的范围为：1290纳米-1310纳米。
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