专利名称：双通道gepon olt csfp光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及千兆以太网无源光网络的光线路终端(GEPON 0LT)技术，特别涉及一种采用CSFP封装并集成双路双通道GEPON OLT的光模块。
背景技术：
千兆以太网无源光网络作为固定接入的一种主流技术，其方案成熟、性能稳定、正逐步实现大量商业应用。SFP单纤双端口收发一体光模块是符合MSA协议的小型热插拔光模块，在光通信系统中提供双向数据传输的功能，SFP单纤双端口光模块具有传输速率高、体积小的特点。传统的SFP单纤双端口 EPON OLT光模块包括微控制器、APD升压电路、镜像电流源及采样保持电路、限幅放大电路、LD驱动电路及一个单纤双向光组件B0SA，其中，光组件BOSA包括一个LD、一个APD+TIA组件、SC接口。传统SFP单纤双端口 EPON OLT光模块采用单个单纤双向收发器件来进行数据的接收与发送，数据容量有限，网络设备利用率较低。开发高性能、低成本、小尺寸、大容量的光模块对加速光纤接入技术(FTTx)的深入推广和普及应用至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种双通道GEPONOLT CSFP光模块，该光模块与标准SFP管脚兼容，集成双通道电路及光收发组件于CSFP封装中，适用于千兆以太网无源光网络光线路终端。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案
一种双通道GEPON OLT CSFP光模块，包括20管脚CSFP金手指连接器、电源软启动电路，所述CSFP金手指连接器上设置有微控制器、I通道激光器(LD)驱动电路、I通道限幅放大电路，所述I通道激光器(LD)驱动电路、I通道限幅放大电路分别与微控制器连接，所述微控制器还连接有I通道雪崩光电二极管(APD)升压电路、I通道RSSI镜像电流源及采样保持电路，所述I通道雪崩光电二极管(APD)升压电路连接有I通道光收发组件(B0SA)，所述I通道光收发组件(BOSA)包括与I通道激光器(LD)驱动电路连接的I通道DFB激光器(LD)、I通道DFB激光器(LD)连接有I通道LC接口(Receptacle)，I通道LC接口连接有I通道雪崩光电二极管(APD)+突发模式跨阻放大器(TIA)组件，I通道雪崩光电二极管(APD) +突发模式跨阻放大器(TIA)组件连接I通道限幅放大电路。根据本发明的实施例，所述CSFP金手指连接器上还设置有II通道限幅放大电路、II通道激光器(LD)驱动电路，所述II通道限幅放大电路、II通道激光器(LD)驱动电路分别与微控制器连接，所述微控制器还连接有II通道RSSI镜像电流源及采样保持电路、II通道雪崩光电二极管(APD)升压电路；所述II通道雪崩光电二极管(APD)升压电路连接有II通道光收发组件(B0SA)，所述II通道光收发组件(BOSA)包括与II通道激光器(LD)驱动电路连接的II通道DFB激光器(LD)、II通道DFB激光器(LD)连接有II通道LC接口(Receptacle), II通道LC接口连接有II通道雪崩光电二极管(APD)+突发模式跨阻放大器(TIA)组件，II通道雪崩光电二极管(APD) +突发模式跨阻放大器(TIA)组件连接II通道限幅放大电路。该光模块采用CSFP封装，集成双路双通道电路及两个双向光收发组件，I通道电路及光收发组件与II通道电路及光收发组件独立工作，光模块可工作在单通道模式，也可以工作在双通道模式。该光模块具有成本低、集成度高、结构简单、性能可靠稳定的特点，不仅提高了端口密度和数据吞吐量，还有效降低了千兆以太网无源光网络的设备成本。根据本发明 的实施例，所述微控制器提供I通道接收信号丢失(LOS)的状态指示输出和II通道接收信号丢失(LOS)的状态指示输出，提供I通道DFB激光器故障(TX_Fault)的状态指示输出和II通道DFB激光器故障(TX_Fault)的状态指示输出，提供I通道DFB激光器关断(TX_Disable)的状态控制输入和II通道激光器关断(TX_Disable)的状态控制输入，提供I通道雪崩光电二极管接收光信号强度(RSSI)的触发信号输入和II通道雪崩光电二极管接收光信号强度(RSSI)的触发信号输入。根据本发明的实施例，I通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与I通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用；II通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与II通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用。根据本发明的实施例，微控制器实时监控光模块的电源供电电压、光模块外壳温度、I通道DFB激光器的输出光功率和II通道DFB激光器的输出光功率、I通道DFB激光器的偏置电流和II通道DFB激光器的偏置电流、I通道突发接收光功率信号强度和II通道突发接收光功率信号强度，并提供相应的告警。根据本发明的实施例，所述微控制器利用在生产调试过程中形成的I通道光功率查找表和消光比率查找表、II通道光功率查找表和消光比率查找表，根据当前的监控温度值，分别实时调节I通道激光器驱动电路和II通道激光器驱动电路输出的偏置电流和调制电流的大小，使得I通道光信号的光功率和消光比、II通道光信号的光功率和消光比，在全温工作范围内均始终保持期望的目标值。根据本发明的实施例，微控制器与I通道升压电路构成闭环负反馈控制环路，微控制器与II通道升压电路构成闭环负反馈控制环路，利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器分别输出随温度变化的模拟控制电压，使得I通道APD升压电路输出使I通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压，II通道升压电路输出使II通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压。与现有技术相比，本发明的有益效果
I、本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块包括两个双向光收发组件，既可工作在与现有EPON系统兼容的、单路单通道的标准SFP EPON OLT模式，也可工作在端口密度和数据吞吐量均翻番的双路双通道CSFP EPON OLT模式。这样的兼容设计有利于保持系统平滑的过渡和升级，并有效降低运营商的系统升级成本和设备投入成本。2、本发明光模块利用微控制器对所有对温度变化敏感的光电参数实时监控和自动控制，补偿由于温度变化而导致的光模块光电指标的偏移。微控制器按照SFF-8472以及CSFP多源协议，实时监控协议要求的光模块的工作状态指示和监控量，有利于系统对以太网无源光网络实施网络诊断、维护和管理。
图I为本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块电路原理框图。图2为本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块应用示意图。
具体实施例方式下面结合试验例及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本 发明的范围。如图I所示，本实施例列举的双通道GEPON OLT CSFP光模块包括20管脚CSFP金手指连接器I、电源软启动电路2，所述CSFP金手指连接器I上设置有微控制器3、I通道激光器(LD)驱动电路4、I通道限幅放大电路10、II通道限幅放大电路14、II通道激光器(LD)驱动电路15，I通道激光器(LD)驱动电路4、I通道限幅放大电路10、II通道限幅放大电路14、II通道激光器(LD)驱动电路15分别与微控制器3连接，所述微控制器3还连接有I通道雪崩光电二极管(APD)升压电路9、I通道RSSI镜像电流源及采样保持电路11、II通道RSSI镜像电流源及采样保持电路12、II通道雪崩光电二极管(APD)升压电路13 ;所述I通道雪崩光电二极管(APD)升压电路9连接有I通道光收发组件(B0SA)8，所述I通道光收发组件(BOSA) 8包括与I通道激光器(LD)驱动电路4连接的I通道IG DFB激光器(LD) 5、I通道IG DFB激光器(LD) 5连接有I通道LC接口 6，I通道LC接口 6连接有I通道雪崩光电二极管(APD) +突发模式跨阻放大器(TIA)组件7，I通道雪崩光电二极管(APD) +突发模式跨阻放大器(TIA)组件7连接I通道限幅放大电路10 ;所述II通道雪崩光电二极管(APD)升压电路13连接有II通道光收发组件(BOSA) 19，所述II通道光收发组件(BOSA)19包括与II通道激光器(LD)驱动电路15连接的II通道IG DFB激光器(LD) 17、II通道IGDFB激光器(LD) 17连接有II通道LC接口 18，II通道LC接口 18连接有II通道雪崩光电二极管(APD) +突发模式跨阻放大器(TIA)组件16，II通道雪崩光电二极管(APD) +突发模式跨阻放大器(TIA)组件16连接II通道限幅放大电路14。从光模块的CSFP金手指连接器I输入的发端供电电源和收端供电电源，在经过电源软启动电路2对浪涌电流进行吸收后，再分别给各功能电路单元以及光收发组件供电，确保光模块在上电瞬间、下电瞬间的安全性。微控制器3提供I通道接收信号丢失(LOS)的状态指示输出和II通道接收信号丢失(LOS)的状态指示输出，提供I通道激光器故障(TX_Fault)的状态指示输出和II通道激光器故障(TX_Fault)的状态指示输出，提供I通道激光器关断(TX_Disable)的状态控制输入和II通道激光器关断(TX_Disable)的状态控制输入，提供I通道雪崩光电二极管接收光信号强度(RSSI)的触发信号输入和II通道雪崩光电二极管接收光信号强度(RSSI)的触发信号输入。遵照SFF-8472以及CSFP MSA协议的要求，微控制器3同时实时监控光模块的电源供电电压、光模块外壳温度、I通道激光器5的输出光功率和II通道激光器17的输出光功率、I通道激光器5的偏置电流和II通道激光器17的偏置电流、I通道突发接收光信号强度和II通道突发接收光信号强度，并提供相应的告警。微控制器3实时监控电源供电电压、光模块外壳温度、输出光功率、偏置电流等均为现有技术，此处不再赘述。I通道的IG发端高速电信号通过CSFP金手指连接器I送入I通道激光器驱动电路4，I通道激光器驱动电路4与I通道IG DFB激光器5构成自动光功率控制(APC)负反馈环路，I通道IG DFB激光器5上设有背光二极管，I通道激光器驱动电路4利用自动光功率控制(APC)负反馈环路监控背光二极管反馈回来的光电流的变化，进而来调整输出偏置电流的大小，使背光电流保持在恒定的目标值。激光器的输出光功率与背光电流的大小呈线性关系，因此，恒定的背光电流即意味着激光器的输出光功率保持恒定，解决了由于I通道IG DFB激光器5老化所导致的I通道IG DFB激光器5性能的劣化。此外，微控制器3对光模块的工作温度实时监控，微控制器3利用在生产调试过程中形成的光功率查找表和消光比率查找表，根据当前的监控温度值实时调节I通道激光器驱动电路4输出的偏置电流和调制电流的大小，补偿I通道IG DFB激光器5由于温度变化所导致的光功率和消光比的偏移，使IG光信号的光功率和消光比在全温工作范围内始终保持期望的目标值，达到了补偿温度变化对发端光参数影响的目的。微控制 器3实时监控I通道激光器驱动电路4产生的发端故障(TX_Fault)状态指示信号，并将其输出到CSFP金手指连接器1，供光模块系统检测监控使用。此外，I通道IG DFB激光器5关断的状态控制输入管脚与I通道的接收光信号强度指示的采样触发输入管脚复用，当该管脚输入I通道IG DFB激光器5关断的控制信号时，I通道激光器驱动电路4将关断输出给I通道IG DFB激光器5的偏置电流、调制电流以及供电电源。II通道激光器驱动电路15、II通道IG DFB激光器17与微控制器3之间形成的控制关系与I通道发端部分相同，此处不再赘述。I通道收端电路由I通道雪崩光电二极管(APD) +突发模式跨阻放大器(TIA) 7、I通道限幅放大器10、I通道AH)升压电路9和I通道RSSI镜像电流源及采样保持电路11组成，I通道APD升压电路9包括Boost开关电源电路以及由二极管和电容构成的电荷泵。为保持最佳的接收灵敏度，雪崩光电二极管的偏置电压应该随着温度的升高而增加。微控制器3与I通道升压电路9中的Boost开关电源电路构成闭环负反馈控制环路，利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器3的数字模拟转换(DAC)端口输出随温度变化的模拟控制电压，使得I通道APD升压电路9输出使雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压，确保雪崩光电二极管接收灵敏度和过载满足通信传输的要求。最佳偏置状态下雪崩光电二极管将突发模式下接收到的光信号转化为突发高速电流信号，该电流信号被突发模式跨阻放大器按照一定增益转化为高速电压信号。由突发模式跨阻放大器输出的高速电压信号送入I通道的限幅放大器10放大或限幅后，最终输出幅度恒定的高速PCEL电信号到CSFP金手指连接器I。由于每次突发接收到的光信号具有不同的幅度、不同的光包长度以及不同的光包间距，所以要求突发模式跨阻放大器能快速响应并具备足够的动态范围。本实施例中所述突发模式跨阻放大器采用自动增益控制的方法，使恢复建立时间、动态范围等参数满足千兆以太网无源光网络光线路终端的应用要求。通过I通道雪崩光电二极管的电流按照一定比例输入到I通道RSSI镜像电流源及采样保持电路11，被镜像还原，当系统发出相应的RSSI触发信号后，镜像电流输入到采样保持电路，在允许的最短光包时间内形成稳定的RSSI采样电压，微控制器3的模拟数字转换(DAC)端口将该RSSI采样电压转换为数字量，并依据光模块在校准调试阶段形成的查找表，采用插值比较法计算出满足监控精度要求的收端光功率监控值。利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器3的数字模拟转换(DAC)端口输出随温度变化的模拟控制电压，设定I通道限幅放大电路10的接收光信号丢失(LOS)的判决阈值，突发模式跨阻放大器输出的电信号强度低于该判决阈值视为光信号丢失，I通道限幅放大电路10输出LOS指示信号。此外，微控制器3还实时监控I通道限幅放大电路10输出的LOS状态指示信号，该指示信号不但输出到CSFP金手指连接器I，还反馈到I通道限幅放大电路10的使能控制端，在接收信号丢失时关断收端输出II通道收端的所有接收、控制、监控的电路原理与I通道收端相同，不再赘述。如图2所示，本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块应用于实际环境中，由于在CSFP封装内集成了双路(I通道和II通道)EPON OLT电路，相当于将两只工作相互独立的标准SFP封装的EPON OLT光模块集成在一起。所以，按照IEEE 802. 3ah光通信协议中对1000BASE-PX20应用的规定，在理论上，通过光分路器与EPON ONT光模块作20KM数据业务链接时，一只双通道GEPON OLT CSFP光模块可以链接至少64只EPON ONT光模块。
本发明双通道GEPON OLT CSFP光模块集成两个通道电路及光收发组件于CSFP封装中，I通道电路及光收发组件与II通道电路及光收发组件独立工作，光模块可工作在单通道模式，也可以工作在双通道模式，与传统SFP单纤双端口 EPON OLT光模块相比，本发明光模块结构尺寸与SFP单纤双端口 EPON OLT光模块结构尺寸相同，但本发明光模块可完成两个SFP单纤双端口 EPON OLT光模块的功能。本发明光模块具有成本低、集成度高、结构简单、性能可靠稳定的特点，不仅提高了端口密度和数据吞吐量，还有效降低了千兆以太网无源光网络的设备成本，对加速和推广FTTx的普及应用具有重要意义。
权利要求
1.双通道GEPONOLT CSFP光模块，包括电源软启动电路、微控制器、I通道激光器驱动电路、I通道限幅放大电路、I通道雪崩光电二极管升压电路、I通道RSSI镜像电流源及采样保持电路、I通道光收发组件，所述I通道光收发组件包括I通道DFB激光器、I通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件，其特征在于，该光模块还包括20管脚CSFP金手指连接器和I通道LC接口，所述微控制器、I通道激光器驱动电路、I通道限幅放大电路设置于20管脚CSFP金手指连接器上，I通道DFB激光器和I通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件分别与I通道LC接口连接。
2.根据权利要求I所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，该光模块还包括II通道激光器驱动电路、II通道限幅放大电路、II通道雪崩光电二极管升压电路、II通道RSSI镜像电流源及采样保持电路、II通道光收发组件，所述II通道光收发组件包括II通道DFB激光器、II通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件、II通道LC接口，所述II通道激光器驱动电路、II通道限幅放大电路、II通道雪崩光电二极管升压电路、II通道RSSI镜像电流源及采样保持电路分别与微控制器连接，II通道激光器驱动电路、II通道限幅放大电路设置于20管脚CSFP金手指连接器上，DFB激光器和I通道雪崩光电二极管+突发模式跨阻放大器组件分别与II通道LC接口连接。
3.根据权利要求2所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供I通道接收信号丢失的状态指示输出和II通道接收信号丢失的状态指示输出。
4.根据权利要求2所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供I通道DFB激光器故障的状态指示输出和II通道DFB激光器故障的状态指示输出。
5.根据权利要求2所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供I通道DFB激光器关断的状态控制输入和II通道DFB激光器关断的状态控制输入。
6.根据权利要求5所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器提供I通道雪崩光电二极管接收光信号强度的触发信号输入和II通道雪崩光电二极管接收光信号强度的触发信号输入。
7.根据权利要求6所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述I通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与I通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用。
8.根据权利要求6所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述II通道DFB激光器关断的状态控制输入管脚与II通道的接收光信号强度指示的触发输入管脚复用。
9.根据权利要求2所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器实时监控光模块的电源供电电压、光模块外壳温度、I通道DFB激光器的输出光功率和II通道DFB激光器的输出光功率。
10.根据权利要求2所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器实时监控I通道DFB激光器的偏置电流和II通道DFB激光器的偏置电流。
11.根据权利要求9所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，所述微控制器利用在生产调试过程中形成的光功率查找表和消光比率查找表，根据当前的监控温度值，分别实时调节I通道激光器驱动电路和II通道激光器驱动电路输出的偏置电流和调制电流的大小，使光信号的光功率和消光比在全温工作范围内始终保持期望的目标值。
12.根据权利要求9所述的双通道GEPONOLT CSFP光模块，其特征在于，微控制器与I通道升压电路构成闭环负反馈控制环路，微控制器与II通道升压电路构成闭环负反馈控制环路，利用光模块在调试阶段形成的查找表，微控制器分别输出随温度变化的模拟控制电压，使得I通道APD升压电路输出使I通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的 偏置电压，II通道升压电路输出使II通道雪崩光电二极管获得最佳响应状态所需的偏置电压。
全文摘要
本发明公开了一种EPON OLT光模块，具体为一种双通道GEPONOLTCSFP光模块，该光模块包括电源软启动电路、微控制器、Ⅰ通道激光器驱动电路、Ⅰ通道限幅放大电路、Ⅰ通道雪崩光电二极管升压电路、Ⅰ通道RSSI镜像电流源及采样保持电路、Ⅰ通道光收发组件、20管脚CSFP金手指连接器和Ⅰ通道LC接口。本发明光模块包括两个双向光收发组件，既可工作在与现有EPON系统兼容的、单路单通道的标准SFPEPONOLT模式，也可工作在端口密度和数据吞吐量均翻番的双通道CSFPEPONOLT模式。这样的兼容设计有利于保持系统平滑过渡和升级，有效降低运营商的系统升级成本和设备投入成本。
文档编号H04Q11/00GK102625199SQ20121012127
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者卢勇, 帅欣, 杨毅, 蒋旭, 鞠兵 申请人:索尔思光电(成都)有限公司