1、會計學1光器件和芯片的結(jié)構(gòu)介紹光器件和芯片的結(jié)構(gòu)介紹主要內(nèi)容主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第1頁/共73頁光模塊定義光模塊定義以光器件為核心增加一些電路部分和結(jié)構(gòu)件等完成相應功能的單元第2頁/共73頁光模塊分類光模塊分類按速率劃分：按速率劃分：155Mb/s 622Mb/s 1.25Gb/s 2.5Gb/s 10Gb/s 等等按功能劃分：發(fā)射模塊，接收模塊，收發(fā)合一模塊按功能劃分：發(fā)射模塊，接收模塊，收發(fā)合一模塊(transceiver,)按封裝劃分：按封裝劃分：19/ 29/SFF/GBIC/SFP/XFP

2、/300pin等等按使用條件劃分：熱插拔按使用條件劃分：熱插拔 (GBIC/SFP/XFP) 帶插針帶插針 (19/29/SFF)按應用劃分：按應用劃分：SDH/SONET, Ethernet, Fiber Channel, CWDM, DWDM等等按工作模式劃分：連續(xù)和突發(fā)（按工作模式劃分：連續(xù)和突發(fā)（OLT：Optic Line Terminal，光，光線路終端；線路終端；ONU ：Optic Network Unit,光網(wǎng)絡單元）光網(wǎng)絡單元） 第3頁/共73頁光模塊發(fā)展歷史光模塊發(fā)展歷史封裝形式：封裝形式：1X9 SFF GBIC SFP, XFP, SFP+傳輸速率：傳輸速率：155M

3、,622M 1.25G,2.5G 4.25G, 8.5G, 10G, 40G功能：不帶監(jiān)控功能（功能：不帶監(jiān)控功能（None DDM） 帶數(shù)字診斷功能（帶數(shù)字診斷功能（DDM）接入應用：接入應用：P to P P to MP: PON (GE-PON, GPON, WDM-PON)光接口形式：尾纖型（光接口形式：尾纖型（Pigtail）；插拔型（）；插拔型（Receptacle）光傳輸形式：雙纖雙向（光傳輸形式：雙纖雙向（MSA）；單纖雙向（）；單纖雙向（BiDi）第4頁/共73頁光模塊發(fā)展趨勢光模塊發(fā)展趨勢小型化智能化熱插拔低功耗高速率遠距離第5頁/共73頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)

4、部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第6頁/共73頁光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊內(nèi)部主要元器件探測器激光器放大器時鐘數(shù)據(jù)恢復驅(qū)動芯片MUX&DeMUX第7頁/共73頁光器件光器件第8頁/共73頁光器件結(jié)構(gòu)圖光器件結(jié)構(gòu)圖第9頁/共73頁光器件分類光器件分類第10頁/共73頁探測器探測器第11頁/共73頁PIN探測器探測器響應度：PRIPINPIN探測器即P-I-N 探測器：P型摻雜IntrinsicN型摻雜 需加510V反偏電壓第12頁/共73頁APDAPD探測器探測器響應度：APD探測器： 雪崩光電探測器（Avalanche phot

5、odetector）RPMIAPD需加3060V反偏電壓M與溫度和反偏電壓有關第13頁/共73頁激光器激光器第14頁/共73頁FP LD 和和 DFB LD都是邊緣發(fā)光諧振腔結(jié)構(gòu)不同F(xiàn)PLDDFBLD第15頁/共73頁LED 和和 VCSEL都是面發(fā)光諧振腔結(jié)構(gòu)不同LEDVCSEL第16頁/共73頁EAM LD構(gòu)成：TEC致冷器，激光二極管，EA調(diào)制器，背光檢測二極管和，熱敏電阻等第17頁/共73頁放大器分類放大器分類第18頁/共73頁跨阻放大器（跨阻放大器（TIA）這種I-V變換電路中有一個負反饋電阻Rf，所以又被稱做跨阻放大器（TIA）低的等效輸入噪聲電流高輸入阻抗，低輸入電容足夠?qū)挼耐l

6、帶fH0.75工作速率寬動態(tài)范圍Rf 要足夠大，以保證有足夠大的輸出電壓第19頁/共73頁主放主放LA：轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，但是非線性限制了其應用AGC： 在很大的動態(tài)范圍都是線性的，應用范圍廣。例如：帶均衡器的接收機。限幅放大器自動增益控制放大器第20頁/共73頁時鐘和數(shù)據(jù)恢復（時鐘和數(shù)據(jù)恢復（CDR）電路）電路在數(shù)字通信系統(tǒng)中，碼元同步是系統(tǒng)正常工作的必要條件。時鐘和數(shù)據(jù)恢復電路（Clock and Data Recovery CDR）的作用就是在輸入數(shù)據(jù)信號中提取時鐘信號并找出數(shù)據(jù)和時鐘正確的相位關系第21頁/共73頁驅(qū)動芯片驅(qū)動芯片第22頁/共73頁MUX &DeMUX第23頁

7、/共73頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第24頁/共73頁調(diào)制方式調(diào)制方式第25頁/共73頁直接調(diào)制直接調(diào)制P1P0利用電信號的1和0控制激光器的電流大小。第26頁/共73頁EA調(diào)制調(diào)制激光器一直處于發(fā)光狀態(tài)，電信號1、0 作用于電吸收調(diào)制器。 來控制激光器出光大小。第27頁/共73頁MZ調(diào)制調(diào)制激光器一直處于發(fā)光狀態(tài)，發(fā)出的光經(jīng)過一個Y型波導分束器分出兩束相位等一樣的光信號， 電信號控制兩個干涉臂電級，使兩束光信號產(chǎn)生不同的相位，再經(jīng)過Y型合束器，1信號時，相位相同，進行疊加，0信號時，相位相差18

8、0度，光信號 抵消。第28頁/共73頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第29頁/共73頁1X9光模塊光模塊第30頁/共73頁GBIC模塊模塊第31頁/共73頁SFF模塊模塊第32頁/共73頁SFP模塊模塊第33頁/共73頁PON模塊模塊第34頁/共73頁XFP模塊模塊第35頁/共73頁300-pin Transponder模塊模塊第36頁/共73頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第37頁/共73頁典型光發(fā)射模塊功

9、能框圖（直接調(diào)制）典型光發(fā)射模塊功能框圖（直接調(diào)制）LaserDriverAPCTemp SensorAEC 自動光功率控制自動消光比控制XC占空比控制匹配電路第38頁/共73頁典型光發(fā)射模塊功能框圖（外調(diào)制）典型光發(fā)射模塊功能框圖（外調(diào)制） EAM LaserDriverAPCATC 自動光功率控制自動溫度控制XC占空比控制匹配電路MCBC 偏置電壓控制調(diào)制電壓控制第39頁/共73頁PIN型光接收模塊功能框圖型光接收模塊功能框圖PIN/TIAMAPIN/TIAMACDR3R 功能(Reshape, Reamplify, Retime)2R 功能(Reshape, Reamplify)第40頁

10、/共73頁APD型光接收模塊功能框圖型光接收模塊功能框圖APD/TIAMAAPD/TIAMACDR3R 功能(Reshape, Reamplify, Retime)2R 功能(Reshape, Reamplify)High Voltage GenerationHigh Voltage Generation第41頁/共73頁光收發(fā)合一模塊光收發(fā)合一模塊(Transceiver)功能框圖功能框圖TOSADriverROSAMAAPC/AECLOSRxPowerTxPowerTxDisableData InData OutOptical InOptical Out第42頁/共73頁帶數(shù)字診斷功能帶數(shù)

11、字診斷功能(DDM)光收發(fā)合一模塊功能框圖光收發(fā)合一模塊功能框圖TOSADriverROSAMAAPC/AECLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C 第43頁/共73頁數(shù)字診斷(DDM)模塊特點第44頁/共73頁光收發(fā)合一模塊光收發(fā)合一模塊(XFP)功能框圖功能框圖TOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisableData InData OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C CDRCDR第45頁/共73頁Transponder模塊功能框圖模塊功能框圖

12、TOSADriverROSAMAAPC/AEC/ATCLOSTxDisable16路 并行Data In16路 并行Data OutOptical InOptical OutMCUEEPROMI2C MUXDeMUX第46頁/共73頁TDM: Time Division Multiplex 時分多路復用 TDMA: Time Division Multiple Address 時分多路訪問PON模塊第47頁/共73頁ONU光收發(fā)合一模塊功能框圖第48頁/共73頁OLT光收發(fā)合一模塊功能框圖第49頁/共73頁BOSA第50頁/共73頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光

13、模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第51頁/共73頁光模塊主要性能指標光模塊主要性能指標第52頁/共73頁傳輸速率傳輸速率指在單位時間內(nèi)通過信道的平均信息量，一般有比特速率和碼元速率兩種表示方法由于對于二進制碼元，比特速率和碼元速率相等比特速率指系統(tǒng)每秒鐘傳送的比特數(shù)，單位為bit/s SDH等級 系列比特率STM-1 155.52Mb/s STM-4 622.08Mb/s STM-16 2.48832Gb/s STM-64 9.95328Gb/s第53頁/共73頁傳輸距離指模塊在特定光纖傳輸系統(tǒng)中能夠無差錯傳輸?shù)淖畲缶嚯x影響傳輸距離的因素：光纖（損耗、色散等），激

14、光器（功率，波長，工作方式），探測器靈敏度，傳輸速率等 功率受限系統(tǒng)傳輸距離的計算功率受限系統(tǒng)傳輸距離的計算:（光功率，靈敏度，光纖損耗等）（光功率，靈敏度，光纖損耗等） 目標傳輸距離L(km) L（PminSminPb M ）（K為光纖損耗系數(shù)、Pb是傳輸代價、 M為功率裕量、 Pmin發(fā)射最小光功率、 Smin接收最小靈敏度）。 (以G.652光纖為例) K=0.18dB/km c= 1.31m K=0.35/km c= 1.55m 色散受限系統(tǒng)傳輸距離的計算色散受限系統(tǒng)傳輸距離的計算: （光纖模式，激光器工作方式，傳輸速（光纖模式，激光器工作方式，傳輸速率等）率等） B 比特速率，D 色

15、散系數(shù)， L為距離 傳輸距離5/2/10kmnmpskmsGbDLB第54頁/共73頁平均發(fā)射光功率平均發(fā)射光功率第55頁/共73頁消光比消光比第56頁/共73頁光眼圖光眼圖第57頁/共73頁抖動上升沿時間下降沿時間20%80%判決門限電平最佳抽樣時刻第58頁/共73頁眼圖信息眼圖信息第59頁/共73頁譜寬譜寬第60頁/共73頁最小邊模抑制比最小邊模抑制比第61頁/共73頁接收機靈敏度接收機靈敏度第62頁/共73頁接收機過載功率接收機過載功率第63頁/共73頁光通道代價光通道代價第64頁/共73頁所謂抖動，其定義為數(shù)字信號各有效瞬間相對于理論規(guī)定時間位置的短期偏離。抖動的單位為UI，所謂UI

16、指光傳送比特率的倒數(shù)：例如10Gb/s信號，1UI=1/10G=100ps抖動第65頁/共73頁主要內(nèi)容主要內(nèi)容光模塊簡介光模塊內(nèi)部主要元器件光模塊調(diào)制方式光模塊的特點及應用光模塊原理框圖光模塊主要性能指標光模塊接口電平第66頁/共73頁TTL (Transistor-Transistor Logic )晶體管晶體管-晶體管邏晶體管邏輯電平輯電平 和和LVTTL（Low Voltage TTL）PECL (Positive Emit-Coupled Logic)發(fā)射極耦合邏發(fā)射極耦合邏輯電平、輯電平、LVPECL和和ECLCML (Current Mode Logic) 電流型邏輯電平電流型邏

17、輯電平LVDS (Low Voltage Differential Signals)低壓差分信低壓差分信號號 模塊接口電平第67頁/共73頁TTL和和LVTTL 電平電平第68頁/共73頁ECL，PECL和LVPECL電平ECL：Emitter Coupled Logic 發(fā)射極耦合邏輯電路(差分結(jié)構(gòu)) Vcc=-5.2V；VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。 速度快，驅(qū)動能力強，噪聲小，很容易達到幾百M的應用。但是功耗大，需要負電源。為簡化電源，出現(xiàn)了PECL(ECL結(jié)構(gòu)，改用正電壓供電)和LVPECL。 PECL：Pseudo/Positive ECL Vcc=5V；VOH=4.12V；VOL=3.28V；VIH=3.78V；VIL=3.64V LVPELC：Low Voltage PECL Vcc=3.3V；VO