155M超低功耗工业级2×5SFFLVDS电平兼容光模块的制作方法

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术：

随着光纤通信技术的飞速发展，光模块的应用越来越普遍。光模块使用的芯片方案不计其数，而且各大设备厂家使用的交换机芯片也各有不同，但是不同的芯片输入输出电平是不同的。因此，不同方案芯片的光模块与不同的交换机互连，如果电平不匹配光模块和交换机是不能正常通信的。随着高速数据传输业务需求的增加，如何高质量地解决高速ic芯片间的互连变得越来越重要。

芯片间互连通常有三种接口：pecl(正射极耦合逻辑)、lvds(低压差分信号)、cml(电流模式逻辑)。现有相关光模块一般在遇到信号电平不匹配时，最常用的是选择与交换机设备相对应的电平芯片来满足匹配。

光模块小封装、低功耗、高可靠性的要求趋势越来越明显。然而，光模块封装越来越小，散热就成为了最大的问题，特别是在工业控制类设备厂商，功耗要求低，温度范围宽，同一台设备上开始应用大密度高集成度的光模块，模块功耗高，拉高了整体设备的功耗，导致温度升高，设备运行故障，无法通信的问题发生。因此，要解决该问题，必须降低光模块的功耗。

现有传统降低光模块功耗的方法大致都是选用低功耗的集成芯片和高斜向率、高耦合效率、以及发光效率高的激光器组件进行匹配。

如图2所示，现有的光模块包括光发射器件、光接收器件、激光驱动器、限幅放大器和mcu均为有源器件，根据光模块协议标准，供电电压为3.3v。

现有的光模块在电平兼容匹配方面存在以下不足：

1、遇到信号电平不匹配时，通过更换ic芯片来满足于交换机设备互连，无法实现1对多的匹配方式，因为各个厂家交换机设备芯片的电平方式也有不同，通过更换芯片效率很低，成本也会增加；

2、通过更换芯片来满足电平匹配还有一大弊端，就是能满足pin-pin兼容的不同电平方式的ic芯片是很少的，更换芯片很有可能意味着需要重新设计原理图和pcb图，以及加工和调试，周期很长，不利于市场竞争。

3、现主流应用芯片的性能和指标都差别不大，芯片的集成工艺和性能能完全超越别家的方案是没有的，所以想通过选择低功耗的芯片来实现超低功耗几乎是不可能的；

4、通过增大光器件的耦合效率是能起到一定的降低功耗的要求，但是耦合效率不能做的过大，这样会影响光器件的使用寿命，也会增加生产过程中的不良率；

5、高集成芯片和高效率的光器件价格会比常规器件高很多，不利于成本控制；

6、使用高集成芯片和高效率的光器件做的光模块，功耗大约0.6w左右，对于高密度工业控制类设备来说仍然起不了多大作用。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种155m超低功耗工业级2×5sfflvds电平兼容光模块,能够解决不同ic芯片间互连时电平不匹配的问题，同时降低功耗。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的155m超低功耗工业级2×5sfflvds电平兼容光模块，包括光接收器件、光发射器件、限幅放大器、处理器、电接口和激光驱动器，所述光接收器件连接限幅放大器，所述限幅放大器连接处理器和电接口，所述处理器连接激光驱动器和电接口，所述激光驱动器连接光发射器件和电接口，所述电接口包括电平匹配电路；还包括第一降压电路、第二降压电路、第三降压电路和第四降压电路，所述第一降压电路与光接收器件、光发射器件均连接，所述第二降压电路与激光驱动器、电接口均连接，所述第三降压电路与处理器、电接口均连接，所述第四降压电路与限幅放大器、电接口均连接。

优选的，所述处理器为mcu。

优选的，所述电平匹配电路包括：

电阻r1的一端连接电容c1的一端，所述电容c1的另一端连接电阻r3的一端、电阻r5的一端、电阻r7的一端，电阻r2的一端连接电容c2的一端，所述电容c2的另一端连接电阻r4的一端、电阻r6的一端、电阻r7的另一端，电阻r3的另一端、电阻r4的另一端均连接电源，电阻r1的另一端、电阻r2的另一端、电阻r5的另一端、电阻r6的另一端均接地；

电阻r12的一端连接电容c3的一端，所述电容c3的另一端连接电阻r8的一端、电阻r10的一端，电阻r12的另一端连接电容c4的一端，所述电容c4的另一端连接电阻r9的一端、电阻r11的一端，电阻r8的另一端、电阻r9的另一端均连接电源，电阻r10的另一端、电阻r11的另一端均接地；

电阻r7的一端连接限幅放大器反相输出端，电阻r7的另一端连接限幅放大器同相输出端，电阻r1的一端连接电接口中的接收机反向输入端，所述电阻r2的一端连接电接口中的接收机同向输入端；

电阻r8的一端连接电接口中的接收机同向输入端，电阻r10的一端连接电接口中的接收机反向输入端，电阻r12的一端连接激光驱动器的同向输入端，电阻r12的另一端连接激光驱动器的反向输入端。

优选的，所述第一降压电路、第二降压电路、第三降压电路和第四降压电路的电路结构相同，均为dc-dc降压电路。

优选的，所述dc-dc降压电路包括dc-dc芯片，所述dc-dc芯片的vin引脚和en引脚均连接输入电压的正极，dc-dc芯片的mode引脚、gnd引脚均接地，dc-dc芯片的sw引脚连接电感l1的一端，所述电感l1的另一端为输出电压的正极，输出电压的负极、输入电压的负极均接地，输出电压的正极和负极之间连接电容c22，输出电压的正极和负极之间还连接由电阻r21、电阻r22构成的电阻分压网络，所述电阻分压网络的中点连接dc-dc芯片的fb引脚。

进一步的，所述输入电压的正极和负极之间连接电容c21。实际应用时，可以通过调整c1、c2、c3、c4这4颗电容进行直流和交流转换；r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11这11颗电阻来做不同电平的转换。交流耦合电容一般选择0.1uf的电容，电平转换电阻值取值按照前面所述，根据电平互连关系进行取值。

本发明对光模块的所有有源光器件和芯片供电电路进行改进，在主电路供电3.3v的基础上，将各路电源分开，然后调整各路电源电压，满足每颗芯片及器件正常工作的最低电压，使各器件都达到正常工作的最低功耗，从而达到降低光模块整体功耗的的要求。具体如下：

1、光接收器件，供电单元主要是tia跨阻放大器，一般跨阻放大器在2.3v时就能正常工作，相比较3.3v供电工作电流能降低30ma左右；

2、激光驱动器和限幅放大器一般能在2.5v正常工作，好一点的可以在2.0v正常工作，如果选用好一点的芯片，可以灵活的选择电源电路进行匹配，可以节约资源，减少降压电路；

3、mcu的正常工作电压比较低，一般2.0v就可以；

一般降压电路采用ldo进行降压，但ldo虽然能起到降压的功能，但是ldo的效率一半只有20％左右，对于降低功耗没有太大的作用；本发明降压电路采用dc-dc芯片来连接完成，dc-dc芯片的效率都能达到90％以上，不会造成太大的功耗损失。

本发明的有益效果如下：

1、本发明能够实现各种电平ic芯片之间的互连，无论交换机设备与光模块之间的信号电平是否相同，都可以通过调节信号电路上的电阻电容来实现互连；

2、可以不用更换光模块的芯片来匹配交换机，节约了设计成本，缩短了调整周期；

3、调整电阻电容方式简单，几乎零成本，方便快捷。

4、本发明对光模块的功耗有大幅度的降低，而且不影响光模块的正常工作，常规155msfp光模块功耗一般在0.6w左右，但是本方案的光模块全温功耗约0.3w，整体功耗降低了一半；

5、本发明所采用的光器件和芯片都是市场现有的主流器件和芯片，不需要特定的高效率高集成度的原材料，方便采购，对于节约成本有很大的帮助；

6、本发明功耗超低，发热量极小，完全可以满足工业级温度应用下的高密度设备使用。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为现有技术的原理框图；

图3为电平匹配电路的原理图；

图4为dc-dc降压电路的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明公开的155m超低功耗工业级2×5sfflvds电平兼容光模块，包括光接收器件、光发射器件、限幅放大器、处理器、电接口和激光驱动器，光接收器件连接限幅放大器，限幅放大器连接处理器和电接口，处理器连接激光驱动器和电接口，激光驱动器连接光发射器件和电接口，电接口包括电平匹配电路；本发明还包括第一降压电路、第二降压电路、第三降压电路和第四降压电路，第一降压电路与光接收器件、光发射器件均连接，第二降压电路与激光驱动器、电接口均连接，第三降压电路与处理器、电接口均连接，第四降压电路与限幅放大器、电接口均连接。处理器采用mcu。

如图3所示，电平匹配电路包括：电阻r1的一端连接电容c1的一端，电容c1的另一端连接电阻r3的一端、电阻r5的一端、电阻r7的一端，电阻r2的一端连接电容c2的一端，所述电容c2的另一端连接电阻r4的一端、电阻r6的一端、电阻r7的另一端，电阻r3的另一端、电阻r4的另一端均连接电源，电阻r1的另一端、电阻r2的另一端、电阻r5的另一端、电阻r6的另一端均接地；

电阻r12的一端连接电容c3的一端，电容c3的另一端连接电阻r8的一端、电阻r10的一端，电阻r12的另一端连接电容c4的一端，电容c4的另一端连接电阻r9的一端、电阻r11的一端，电阻r8的另一端、电阻r9的另一端均连接电源，电阻r10的另一端、电阻r11的另一端均接地；

电阻r7的一端连接限幅放大器反相输出端，电阻r7的另一端连接限幅放大器同相输出端，电阻r1的一端连接电接口中的接收机反向输入端，电阻r2的一端连接电接口中的接收机同向输入端；

电阻r8的一端连接电接口中的接收机同向输入端，电阻r10的一端连接电接口中的接收机反向输入端，电阻r12的一端连接激光驱动器的同向输入端，电阻r12的另一端连接激光驱动器的反向输入端。

如图4所示，第一降压电路、第二降压电路、第三降压电路和第四降压电路的电路结构相同，均为dc-dc降压电路。

dc-dc降压电路包括dc-dc芯片，所述dc-dc芯片的vin引脚和en引脚均连接输入电压的正极，dc-dc芯片的mode引脚、gnd引脚均接地，dc-dc芯片的sw引脚连接电感l1的一端，所述电感l1的另一端为输出电压的正极，输出电压的负极、输入电压的负极均接地，输出电压的正极和负极之间连接电容c22，输出电压的正极和负极之间还连接由电阻r21、电阻r22构成的电阻分压网络，所述电阻分压网络的中点连接dc-dc芯片的fb引脚。

输入电压的正极和负极之间连接电容c21。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。