光模块和差分电信号输出电路的制作方法

本发明涉及光纤通信技术领域，具体而言，本发明涉及一种光模块和差分电信号输出电路电路。

背景技术：

随着社会信息化发展，出现了云计算、云存储、高清视频和三维电视等高带宽需求的业务，PON(Passive Optical Network，无源光网络)作为光接入系统已经被广泛地部署。

目前，无源光网络PON中主要包括：OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、ONU(Optical Network Unit，光网络单元)等设备；OLT与ONU之间通常通过由光纤和无源分光器组成的OND(Optical Distribution Network，光分配网络)进行连接通讯，因此，OLT和ONU中通常需要设置能够进行光电转换的光模块。比如，OLT光模块将电信号转换为光信号，通过光纤传送；ONU光模块将接收的光信号转化为电信号后，输出至通讯系统。

实际应用中，光模块中主要包括：用于将电信号转换为光信号的发射单元、以及用于将接收的光信号转换为电信号的接收单元。其中，如图1所示，接收单元通常包括：ROSA(Receiver Optical Subassembly，光接收组件)和LA(Limiting Amplifier，限幅放大电路)；而ROSA通常包括：光电二极管和TIA(Transimpedance Amplifiers，跨阻放大器)。其中，光电二级管可以具体为PIN二极管，或APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)。这样，通过光电二极管可以将检测到的光信号转换为电信号，继而，转换的电信号经ROSA中的TIA跨阻放大后，输入到LA；通过LA的整合、放大，输出差分电信号；与光模块连接的通讯系统对LA输出的差分电信号进行处理。

早期，LA内部采用的输出电路结构，如图2所示，其输出是PECL(Positive Emitter-Coupled Logic，正射极耦合逻辑)输出电平方式；其中，一对连接在差分放大电路的两个输出端的射极跟随器的输出信号作为LA的输出信号，该输出的电信号为PECL输出电平方式。为便于描述，本文 将具有PECL输出电平方式的LA的光模块称为PECL电平方式的光模块。

随着对设备低功耗、高集成的要求，目前光模块中的LA的输出电路结构已进行了改进，如图3所示；图3所示的输出电路是CML(Current Mode Logic，电流模式逻辑)输出电平方式的，相比于图2的输出电路结构，减少了器件，电路更为简单，从而降低了电路功耗，并利于电路的集成。为便于描述，本文将具有CML输出电平方式的LA的光模块称为CML电平方式的光模块。

然而，实际应用中，CML电平方式的光模块，有时需要对接于原先与PECL电平方式的光模块相匹配的通讯系统；本发明的发明人发现，CML电平方式的光模块与这些通讯系统对接后，往往会发生通讯故障，比如，通讯系统的初始化LINK连接故障，或出现通讯不良、系统连接不上等问题，无法保障信息的传输质量。为便于描述，本文将原先与PECL电平方式的光模块相匹配的通讯系统称为PECL电平方式的通讯系统，将原先与CML电平方式的光模块相匹配的通讯系统称为CML电平方式的通讯系统。

因此，有必要提供一种低成本的方法使CML电平方式的光模块可以兼容对接于PECL或CML电平方式的通讯系统，保证光模块与通讯系统之间信息的传输质量。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种光模块和差分电信号输出电路，可以通过低成本的方法使CML电平方式的光模块兼容对接于PECL或CML电平方式的通讯系统，保证光模块与通讯系统之间信息的传输质量。

本发明方案提供了一种光模块，包括：光接收组件ROSA、限幅放大电路LA、光检测信号输出电路，以及电平传输电路，其跨接于所述LA的一个差分电信号输出端，与所述光检测信号输出电路的输出端之间；

所述电平传输电路用以将所述光检测信号输出电路输出的电平传输至所述差分电信号输出端。

根据本发明的另一方面，还提供了一种差分电信号输出电路，包括：电平传输电路，其跨接于限幅放大电路LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间；

所述电平传输电路用以将所述光检测信号输出电路输出的电平传输至所述差分电信号输出端。

本实施例的方案中，当光模块中的LA采用CML输出电平方式时，在LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间跨接一个低成本的电平传输电路。这样，利用电平传输电路将光检测信号输出电路输出的电平传输至LA的一个差分电信号输出端，使得LA的两个差分电信号输出端之间存在共模电压压差，并维持一段时间，即使得CML电平方式的光模块输出的差分信号具备PECL输出特性。这样，光信号输入初始时刻，本发明改进后的CML电平方式的光模块也具有共模电压脉冲信号，可以对接于PECL电平方式的通讯系统，保证光模块与通讯系统之间信息的传输质量。而且，改进后的光模块仍然可以对接于CML电平方式的通讯系统。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为现有光模块中接收单元的内部结构示意图；

图2为PECL输出电平方式的输出电路结构示意图；

图3为CML输出电平方式的输出电路结构示意图；

图4为PECL电平方式的光模块输出的差分信号和LOS信号示意图；

图5为CML电平方式的光模块输出的差分信号和LOS信号示意图；

图6a、6b为本发明实施例的两种光模块结构示意图；

图7为本发明实施例的光模块与通讯系统的LOS信号连接方式示意图；

图8为本发明实施例的光模块输出的差分信号和LOS信号示意图；

图9a-9g分别为本发明实施例提供的七种光模块内部电路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明的发明人根据不同输出电平方式的光模块带纤插入已上电的通讯系统时，通讯系统所捕捉到的差分信号，对PECL输出电平方式，以及CML输出电平方式进行分析，发现：如图4所示，在有光信号输入的初始时刻，PECL电平方式的光模块所输出的差分信号之间存在共模电压压差，持续一段时间比如10ms后，降至零电平。而如图5所示，在有光信号输入的初始时刻，CML电平方式的光模块所输出的差分信号之间共模电压压差为0，且在信号整个输出过程中都保持稳定。也就是说，在有光信号输入的初始时刻，PECL电平方式的光模块输出的差分信号存在一个共模电压的脉冲信号，而CML电平方式的光模块输出的差分信号并不存在共模电压的脉冲信号。

由于，光模块带纤插入已上电的通讯系统时，PECL电平方式的通讯系统，在初始化LINK连接过程中，需要通过共模电压的脉冲信号来触发电信号的接收，因此，在其与CML电平方式的光模块进行对接时，由于光信号输入初始时刻共模电压脉冲信号的缺失，无法触发电信号的接收，从而导致连接故障，通讯不良、系统连接不上等问题。

此外，本发明的发明人还发现，光模块中通常还包括：光检测信号输出电路。光检测信号输出电路用以检测光模块是否有光输入，并向光模块的MCU或通讯系统输出相应的LOS(Loss of Signal，信号丢失检测指示)信号进行告警。实际应用中，光检测信号输出电路可以采用现有技术的多种电路结构来检测是否有光信号输入，比如，一种电路结构可以基于ROSA中光电二极管(比如，APD或PIN)的响应电流检测是否有光信号输入；另一种电路结构可以通过TIA输出的电信号检测是否有光信号输入。限于篇幅，此处不再详细介绍光检测信号输出电路的内部结构。光检测信号输出电路通常在判断光模块无光信号输入时，输出高电平的LOS信号；反之，输出低电平的LOS信号。

基于上述的分析，本发明的发明人考虑到，可以利用LOS信号的特性，使得LA中具有CML输出电平方式的输出电路，可以输出PECL输出电平方式的电信号：在具有CML输出电平方式的LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间跨接一个低成本的瞬态传输延时电路。这样，利用瞬态传输延时电路将光检测信号输出电路输出的电平传输至LA的一个差分电信号输出端，使得LA的两个差分电信号输出端之间存在共模电压压差，并维持一段时间，即使得CML电平方式的 光模块输出的差分信号具备PECL输出特性。

由于，经过本发明改进后的CML电平方式的光模块输出的差分信号也具备了PECL输出特性，也就是说，光信号输入初始时刻，本发明改进后的CML电平方式的光模块也具有共模电压脉冲信号，因此，在对接PECL电平方式的通讯系统时，通讯系统可以依据共模电压脉冲信号，触发电信号的接收、完成LINK连接的初始化，保证光模块与通讯系统之间信息的传输质量；而且，由于实际应用中，CML电平方式的通讯系统既可以对接于CML电平方式的光模块，也可以对接于PECL电平方式的光模块，因此，本发明改进后的光模块仍然可以对接于CML电平方式的通讯系统。

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种光模块，如图6a、6b所示，包括：ROSA(Receiver Optical Subassembly，光接收组件)、LA(Limiting Amplifier，限幅放大电路)、光检测信号输出电路，以及瞬态传输延时电路。

其中，LA的输出电路为CML输出电平方式的输出电路；实际应用中，LA的输出电路可以采用如图3所示的电路结构。

实际应用中，瞬态传输延时电路可以内置于光模块中，也可以集成于与光模块插接的外部部件或设备中。本发明的瞬态传输延时电路与LA的两个差分电信号输出端，以及光检测信号输出电路的输出端，构成差分电信号输出电路。

事实上，LA具有一对差分信号输出端，比如，图6a、6b中示出的Rx_OUT+端和Rx_OUT-端；而瞬态传输延时电路可以与LA的Rx_OUT+端相连，或者与LA的Rx_OUT-端相连。为便于描述，本文中将LA中与瞬态传输延时电路相连的差分电信号输出端称为第一差分电信号输出端；将LA中另一个差分电信号输出端称为第二差分电信号输出端。

此外，LA的差分电信号输出端Rx_OUT+端和Rx_OUT-端输出的差分信号可以通过电容传输至通讯系统。实际应用中，该电容可以设置于光模块侧，或设置于通讯系统侧；当电容设置于光模块侧时，可以参考图6a、6b中LA的两个差分信号输出端的电容的位置进行设置：

一种设置方式为：第一差分电信号输出端上的电容设置于电路连接点与LA器件之间，如图6b所示；其中，电路连接点具体指的是第一差分电信号输出端与瞬态传输延时电路的连接点。

另一种设置方式为：第一差分电信号输出端上的电容设置于电路连接 点与通讯系统之间，如图6a所示。

其中，瞬态传输延时电路具体包括：跨接于LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间的电平传输电路。

在本发明的技术方案中，电平传输电路用以将光检测信号输出电路输出的电平传输至LA中的第一差分电信号输出端。

本发明实施例中，光检测信号输出电路的输出端在ROSA接收到光信号时输出低电平，在ROSA没有接收到光信号时输出高电平。

实际应用中，光模块中的光检测信号输出电路与通讯系统之间可以采用图7所示的电气连接方式进行LOS信号连接；其中，通讯系统的LOS信号接收端通过一个上拉电阻与电源相连，用以与光检测信号输出电路的输出端连接，接收光检测信号输出电路输出的LOS信号。这样，在光模块与通讯系统未对接之前，通讯系统的LOS信号接收端将一直为高电平。

在光模块带电情况下，如果光模块一直有光信号输入，则光检测信号输出电路将输出低电平的LOS信号；如果光模块没有光信号输入，则光检测信号输出电路将输出高电平的LOS信号；而当有光信号输入的光模块与通讯系统对接的时刻，由于受到通讯系统的LOS信号接收端的上拉电阻的影响，LOS信号将被瞬间上拉为高电平，并在一段时间(比如10us)后电路稳定下来后又重新回落到低电平。而当没有光信号输入的光模块与通讯系统对接时，由于受到通讯系统的LOS信号接收端的上拉电阻的影响，及光模块内部的LOS上拉，LOS信号将被瞬间上拉为高电平，并始终保持高电平状态。

因此，不论光模块是否有光信号输入，在通讯系统与光模块对接的时刻都会出现LOS信号为高电平的情况；这样，LOS信号的高电平通过电平传输电路，可以传输至LA的第一差分电信号输出端。

在无光信号输入时，LA的输入端没有由光信号转换的电信号输入，因此，LA的两个差分电信号输出端此时没有差分信号输出。

而当光模块有光信号输入时，LA的输入端将会存在由光信号转换的电信号输入，LA的差分电信号输出端将输出差分信号，同时，光检测信号输出电路的输出端输出的LOS信号由高电平跳变为低电平；继而，通过电平传输电路将光检测信号输出电路输出的电平传输至LA的第一差分电信号输出端。

由于信号传输往往具有一定延迟，因此，LA的第一差分电信号输出 端不会马上受到光检测信号输出电路的输出端的电平影响而直接跳变到低电平，而是逐渐降为低电平。这样，光检测信号输出电路的输出端与LA的第一差分电信号输出端之间的共模电压差将维持一段时间，继而，使得LA的两个差分电信号输出端之间的共模电压压差维持一段时间，即使得经改进后的CML电平方式的光模块输出的差分信号具有脉冲信号，具备PECL输出特性。这样，由于本发明的光模块可以输出PECL输出电平方式的电信号，因此，可以与PECL电平方式的通讯系统对接。

实际应用中，由于光模块中LA的两个差分电信号输出端输出的差分信号通常可以通过两个隔直电容耦合到与该光模块对接的通讯系统中。因此，在光模块有光信号输入的初始时刻，LA的第一差分电信号输出端由高电平变化到低电平的过程将通过电容耦合作用传递到通讯系统的输入端；从而，光模块带纤插入已上电的通讯系统时，通讯系统在光信号输入的初始时刻，可以捕捉到维持一段时间、具有共模电压压差的差分电信号，如图8所示，以此触发通讯系统的电信号的接收、完成通讯系统LINK连接的初始化，保证光模块与通讯系统之间信息的传输质量。

事实上，考虑到CML电平方式的通讯系统通常不受PECL输出电平方式的电信号的影响，也就是说，CML电平方式的通讯系统既可以对接于CML电平方式的光模块，也可以对接于PECL电平方式的光模块；因此，本发明的光模块既可以对接于PECL电平方式的通讯系统，也可以对接于CML电平方式的通讯系统，提高了光模块的兼容性。

实际应用中，如图9a所示，本发明实施例中的电平传输电路可以包括：电感L1。在无光信号输入时，高电平的LOS信号通过电感L1传输至LA的第一差分电信号输出端，将LA的第一差分电信号输出端上拉为高电平；当光模块有光信号输入时，高电平的LOS信号跳变为低电平的LOS信号，由于电感L1具有通直流阻交流的特性，低电平的LOS信号将延续一段时间传输至LA的第一差分电信号输出端，从而使得LA的差分电信号输出端之间的共模电压压差持续一段时间。本领域技术人员可以根据实际电路情况设计电感L1的取值。

或者，如图9b所示，本发明实施例中的电平传输电路可以包括：电阻R1。

其中，电阻R1跨接于LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间，用以将光检测信号输出电路输出的电平传输至 LA的第一差分电信号输出端。

实际应用中，在无光信号输入时，R1可以将光检测信号输出电路输出的高电平传输至LA的第一差分电信号输出端，使得LA的第一差分电信号输出端上拉为高电平。之后，当光模块有光信号输入时，R1可以将光检测信号输出电路输出的低电平传输至LA的第一差分电信号输出端；由于信号传输往往具有一定延迟，因此，LA的第一差分电信号输出端的电平将被逐渐拉低，即LA的差分电信号输出端之间的共模电压压差持续一段时间。这样，本发明经改进的CML电平方式的光模块可以输出PECL输出电平方式的电信号，可以对接于PECL电平方式的通讯系统。

更优地，本发明实施例中，瞬态传输延时电路还可以进一步包括：压差维持电路。

其中，压差维持电路跨接于LA的第一差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间，用以在光检测信号输出电路的输出端的电平跳变后，使得光检测信号输出电路的输出端与LA的第一差分电信号输出端之间的共模电压差，维持预设时间段，即使得LA的两个差分电信号输出端之间的共模电压差维持预设时间段，以此展宽光模块输出的差分信号中的脉冲信号，方便光模块与通讯系统的对接。

具体地，如图9c所示，压差维持电路可以包括：跨接于LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间串联的电阻R2和电容C1。

在有光信号输入后，光检测信号输出电路的输出端与LA的第一差分电信号输出端之间共模电压差维持的预设时间段可以由压差维持电路中的电阻R2的阻值，以及电容C1的容值决定。也就是说，通过压差维持电路中R2的阻值或电容C1的容值，可以调节通讯系统接收的差分信号的共模电压脉冲的宽度(即共模电压脉冲持续的时间)。此外，通过选取适当的压差维持电路中的电阻R2的阻值，还可以有效地避免光模块输出的差分信号沿光检测信号输出电路流失，保证光模块输出的信息的传输质量。比如，设置电阻R2大于100Ω以避免光模块输出的差分信号沿光检测信号输出电路流失。LA的第一差分电信号输出端的输出通过隔直电容耦合到通讯系统的输入端时，可以出现一个具有共模电压脉冲的差分电信号；而共模电压脉冲的幅值可以通过改变R1的阻值进行调节。

或者，如图9d所示，压差维持电路可以包括：跨接于LA的一个差 分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间的电感L2。利用电感L2的通直流阻交流特性，在LOS信号由高电平变为低电平时，LA的差分电信号输出端之间的共模电压压差持续一段时间。其中，共模电压差维持的预设时间段可以由压差维持电路中的电感L2的感量决定。

或者，如图9e所示，压差维持电路可以包括：跨接于LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间串联的电阻R3、电容C2和电感L3。其中，共模电压差维持的预设时间段可以由压差维持电路中的电阻R3的阻值、电容C2的容值和电感L3的感量决定。

或者，如图9f所示，压差维持电路可以包括：跨接于LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间串联的电感L4和电阻R4。其中，共模电压差维持的预设时间段可以由压差维持电路中的电感L4的感量和电阻R4的阻值决定。

或者，如图9g所示，压差维持电路可以包括：跨接于LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间并联的电感L5和电容C3。其中，共模电压差维持的预设时间段可以由压差维持电路中的电感L5的感量和电容C3的容值决定。

本领域技术人员可以根据实际电路情况设计上述电阻R1-R4、电容C1-C3，以及电感L1-L5的取值。例如，可以设置R1大于100Ω小于500Ω，根据要求的共模电压差维持的预设时间段，比如10ms，依据RC积分电路的延时时间设计图9c所示电路中的R2、C1值。

本发明的技术方案中，通过在CML输出电平方式的LA的一个差分电信号输出端，与光检测信号输出电路的输出端之间跨接一个低成本的瞬态传输延时电路，使得有光信号输入的初始时刻，LA的两个差分电信号输出端之间存在一个共模电压压差，并在持续一段时间后降至零电平，即使得CML电平方式的光模块输出的差分信号具备PECL输出特性。这样，就可以较低成本使CML电平方式的光模块能够对接于PECL电平方式的通讯系统，保证光模块与通讯系统之间信息的传输质量；也就是说，本发明的光模块可以兼容对接PECL或CML电平方式的通讯系统。

由于本发明的瞬态传输延时电路中仅增加了电感，或电阻、电容器件，因此，可以满足对设备降低成本、低功耗、高集成的要求。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模 块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内，一个模块也可以位于一台计算机上和/或分布于两台或更多台计算机之间。

本技术领域技术人员可以理解，本发明包括涉及用于执行本申请中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随即存储器)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。