一种TEC快速响应结构的制作方法

本实用新型涉及光模块温控技术领域，尤其涉及一种TEC快速响应结构。

背景技术：

随着云计算和移动互联网的快速发展，数据流量呈爆炸式增长。为了应对这一挑战，100Gb/s密集波分光传输系统逐渐在运营商核心光网络中广泛应用开来，同时100G CFP光模块逐步替换掉以往的小速率光模块。

传统的光收发模块(XFP、SFP+等)中含有一个激光器，只需要一路TEC对其进行温度控制，控制方案相对简单。而100G CFP模块有四路25G EML光发射次模块(Transmitter Optical Subassembly，简写为：TOSA)，需要模块MCU控制四路TEC控制芯片，若是仍使用以往的控制方案，闭环控制时间过长，严重影响工作效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于克服现有技术中随着光模块结构中激光器数量的增长，已有的单MCU控制芯片越来越难有效管理多路TEC控制芯片的问题。

本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种TEC快速响应结构，包括MCU1芯片和MCU2芯片，其中，MCU1芯片的I/O口连接TOSA1内部的热敏电阻1和TOSA2内部的热敏电阻2；MCU2芯片的I/O口连接TOSA3内部的热敏电阻3和TOSA4内部的热敏电阻4；其中，MCU1和MCU2中分别存储有各自监控的TOSA的温度控制范围；

MCU1芯片的输出端口连接TEC控制芯片1和TEC控制芯片2，其中TEC控制芯片1用于控制TOSA1内部的TEC芯片，实现对TOSA1的加热或者制冷；其中TEC控制芯片2用于控制TOSA2内部的TEC芯片，实现对TOSA2的加热或者制冷；

MCU2芯片的输出端口连接TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，其中TEC控制芯片3用于控制TOSA3内部的TEC芯片，实现对TOSA3的加热或者制冷；其中TEC控制芯片4用于控制TOSA4内部的TEC芯片，实现对TOSA4的加热或者制冷。

优选的，所述TOSA1、TOSA2、TOSA3和TOSA4的波特率为25G、28G、35G、50G或者56G中的任意一种。

优选的，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体为ADN8831芯片。

优选的，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体为MAX8520芯片、MAX8521芯片、MAX1968芯片或者MAX1978芯片。

第二方面本实用新型实施例提供了一种TEC快速响应结构，包括MCU1芯片、MCU2芯片和模拟开关，其中，MCU2芯片的I/O口连接，第一组TOSA内部的各个热敏电阻，其中，第一组TOSA内部至少包括两个TOSA；MCU2芯片的I/O口，还连接第二组TOSA内部的各个热敏电阻，其中，第二组TOSA内部至少包括两个TOSA；其中，MCU1和MCU2中分别存储有各自监控的TOSA的温度控制范围；

MCU2芯片的第二输出端口连接第二组TOSA对应的各TEC控制芯片，实现对第二组TOSA的加热或者制冷；MCU1芯片的输出端口连接模拟开关的第一数据输入端口，其中，模拟开关的数据输出端口连接第一组TOSA对应的各TEC控制芯片；所述MCU2芯片的第一输出端口连接模拟开关的第二数据输入端口；

模拟开关的数据输出端口连接第一组TOSA对应的各TEC控制芯片，实现对第一组TOSA的加热或者制冷；

所述模拟开关的控制端口连接MCU2芯片，用于控制模拟开关的。

优选的，所述TOSA1、TOSA2、TOSA3和TOSA4的波特率为25G、28G、35G、50G或者56G中的任意一种。

优选的，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体为ADN8831芯片。

优选的，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体为MAX8520芯片、MAX8521芯片、MAX1968芯片或者MAX1978芯片。

优选的，所述模拟开关为CD4051、CD4052或者CD4053。

优选的，MCU1和MCU2为芯片MCS51或者PIC单片机。

在本实施例中采用两只MCU实现对TEC控制芯片的并行处理，减少控制等待时间，从而提高TOSA温度控制的效率。本实用新型的一种TEC快速响应控制结构，尤其适用于100G CFP光模块。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种TEC快速响应结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种TEC控制芯片的管脚示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种TEC芯片连接结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种对应TEC控制芯片的保护电路结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种TEC快速响应结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种模拟开关的管脚示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种基于模拟开关的TEC快速响应结构的部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

本实用新型实施例提供一种TEC快速响应结构，如图1所示，包括MCU1芯片和MCU2芯片，其中，MCU1芯片的I/O口连接TOSA1内部的热敏电阻1和TOSA2内部的热敏电阻2；MCU2芯片的I/O口连接TOSA3内部的热敏电阻3和TOSA4内部的热敏电阻4；其中，MCU1和MCU2中分别存储有各自监控的TOSA的温度控制范围；

MCU1芯片的输出端口连接TEC控制芯片1和TEC控制芯片2，其中TEC控制芯片1用于控制TOSA1内部的TEC芯片，实现对TOSA1的加热或者制冷；其中TEC控制芯片2用于控制TOSA2内部的TEC芯片，实现对TOSA2的加热或者制冷；

MCU2芯片的输出端口连接TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，其中TEC控制芯片3用于控制TOSA3内部的TEC芯片，实现对TOSA3的加热或者制冷；其中TEC控制芯片4用于控制TOSA4内部的TEC芯片，实现对TOSA4的加热或者制冷。

本实用新型的一种TEC快速响应控制结构，尤其适用于100G CFP(全称为：Centum Form-factor Pluggable)光模块，在本实施例中采用两只MCU实现对TEC控制芯片的并行处理，减少控制等待时间，从而提高TOSA温度控制的效率。

在本实用新型实施例结构中，所述TOSA1、TOSA2、TOSA3和TOSA4的波特率为25G、28G、35G、50G或者56G中的任意一种。

在本实用新型实施例中，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体可以采用型号为ADN8831的芯片。其芯片管脚图如图2所示，ADN8831是一个差分输出方式的TEC控制器，搭建一个外围H桥电路产生适当的电流来驱动TEC，使其对半导体激光器加热或制冷。如图3所示。图中的P1，P2，N1，N2，OUTA，OUTB分别连到ADN8831的IN1P，IN2P，IN1N，IN2N，OUT1，OUT2引脚上。TEC控制器设在H桥中间，构成一个不对称桥。ADN8831对H桥的左支采用开关方式驱动，右支采用线性方式驱动，即当开关管N1导通、开关管P1关闭、P2常通、N2常闭时，电流从TEC的OUTB端经TEC流向OUTA端，此为制冷状态；当开关管N1关闭、开关管P1导通、P2常闭、N2常通时，电流从TEC的OUTA端经TEC流向OUTB端，此为致热状态。这种灵活又方便的外接H桥，能更好的提高电源效率，减小纹波电流，增加了散热路径。

ADN8831内部提供了相关保护电路，这样起到保护TEC防止激光器因过热而损坏。因为有时候通过TEC的电流有可能大于额定工作电压，这样会烧坏TEC和半导体激光器，造成经济上的损失。为了进一步提高ADN8831芯片的使用安全性，本实用新型实施例还提供了相应的保护电路，如图4所示，为本实用新型实施例给予的相应保护与检测电路。图中VLIM设置了可通过TEC的最大电压，ILIMH设置了TEC当前加热的极限值，ILIMC设置了TEC当前冷却的极限值，其中，TMPGD用于在OUT1管脚的输出电压与IN2P管脚的电压值相差±100mV时，将会激活LED1灯亮。

在本实用新型实施例中，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体为MAX8520芯片、MAX8521芯片、MAX1968芯片或者MAX1978芯片。其控制TEC芯片的电路可以参照已有的实现方式，在此，不一一赘述。

实施例2：

本实用新型实施例还提供了另一种TEC快速响应结构，相比较实施例1中MCU1芯片和MCU2芯片相对独立运行，并维护各自监控的至少两个TOSA模块的结构，本实用新型实施例中则将单一MCU2作为光模块中所包含的所有TOSA模块热敏电阻监测信号的接收端，并根据温度监控不同阶段将其中部分TOSA模块所对应的热敏电阻的监测信号透传给MCU1，并控制模拟开关接通MCU1与相应TOSA模块中TEC所连接的TEC控制芯片导通。在另一控制阶段，光模块中个TOSA模块的TEC控制均有MCU2来完成。其中，两个阶段的临界点可以是前一监测点的温度和后一监测点的温度差所设定的一个阈值，小于该阈值则全部TEC控制均交由MCU2来实现，而大于该阈值则通过透传部分监测信号，并切换模拟开关导通通道的方式，实现控制TEC任务的分工，从而减轻了单一MCU芯片的工作压力，提高了TEC控制响应速度。相应的结构如图5所示：

包括MCU1芯片、MCU2芯片和模拟开关，其中，MCU2芯片的I/O口连接，第一组TOSA内部的各个热敏电阻，其中，第一组TOSA内部至少包括两个TOSA；MCU2芯片的I/O口，还连接第二组TOSA内部的各个热敏电阻，其中，第二组TOSA内部至少包括两个TOSA；其中，MCU1和MCU2中分别存储有各自监控的TOSA的温度控制范围；

MCU2芯片的第二输出端口连接第二组TOSA对应的各TEC控制芯片，实现对第一组TOSA的加热或者制冷；MCU1芯片的输出端口连接模拟开关的第一数据输入端口，其中，模拟开关的数据输出端口连接第一组TOSA对应的各TEC控制芯片；所述MCU2芯片的第一输出端口连接模拟开关的第二数据输入端口；

模拟开关的数据输出端口连接第一组TOSA对应的各TEC控制芯片，实现对第一组TOSA的加热或者制冷；

所述模拟开关的控制端口连接MCU2芯片，用于控制模拟开关的。

本实用新型实施例基于监控工作量和幅度的不同，提供了一种节能低耗控制方式和高强度控制方式之间可切换的结构，利用MCU2作为切换方式的执行主体，在节能低耗控制方式中，MCU1可处于休眠状态。而一旦进入高强度控制方式(如上描述的高与阈值)，则激活MCU1，并将相应TOSA的热敏电阻监测信号透传给MCU1，并将相应TOSA中TEC相连的TEC控制芯片的控制端口，从MCU2链路转移为指向MCU1的链路(通过模拟开关实现)。相比较实施例1，本实用新型实施例所提出的方案能够进一步减少了光模块功率的损耗。

在本实用新型实施例中，所述TOSA1、TOSA2、TOSA3和TOSA4的波特率为25G、28G、35G、50G或者56G中的任意一种。

在本实用新型实施例中，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体为ADN8831芯片。相应的外围电路设计可参考实施例1中所述，在此不一一赘述。

在本实用新型实施例中，所述TEC控制芯片1、TEC控制芯片2、TEC控制芯片3和TEC控制芯片4，具体还可以为MAX8520芯片、MAX8521芯片、MAX1968芯片或者MAX1978芯片。

在本实用新型实施例中，所述模拟开关为CD4051、CD4052或者CD4053。如图6所示，给予了CD4052的管脚示意图，进一步的给予了其与MCU1和MCU2以及TEC控制芯片的连接管脚示意图。

如图7所示，其中，因为CD4052是逻辑控制实现单通道选择的芯片，因此，对应每一个TEC控制芯片，若要通过CD4052实现与MCU1、MCU2之间的数据通路切换，另一方面还要保证数据传输响应速率，优选的实现方案是对应每一个上述TEC控制芯片配置一个CD4052芯片(次选的实现方案是给两个TEC控制芯片仅配置一个CD4052芯片，并通过依次导通相应通道完成控制数据的传输)。在图7中，MCU2与TEC控制芯片1之间的通道为CD4052(1)芯片的X0Y0通道，MCU1与TEC控制芯片1之间的通道为CD4052(1)芯片的X2Y2通道。在具体实现过程中，若需要由MCU2发送控制数据给TEC控制芯片1，则MCU2会给CD4052(1)的接口A和B分别给予“0”、“0”信号，则通道X0Y0导通，X2Y2通道被阻隔；若需要由MCU1发送控制数据给TEC控制芯片1，则MCU2会给CD4052(1)的接口A和B分别给予“0”、“1”信号，则通道X0Y0被阻隔，通道X2Y2将导通。相应的图7中TEC控制芯片2对应的控制数据接收方式和TEC控制芯片1中相似，是通过CD4052(2)来实现，在此不再赘述。

通过上述内容分析，对于涉及需要切换控制通道的TEC控制芯片为多个时，优选的采用具有相应通道数量的多通道切换功能的模拟开关。本实用新型实施例提供的CD4052可作为实现原理侧的描述，但是并非最优的模拟开关芯片选择。实际选择的模拟开关可以根据上述结论进行配置，从而能够进一步简化电路的设计。

在本实用新型实施例诸多实现方式中，所述MCU1和MCU2可以通过芯片MCS51或者PIC单片机实现。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。