一种光模块的制作方法

本发明涉及光通信领域技术领域，特别涉及一种光模块。

背景技术：

目前，随着光通信技术的发展，其应用程度也越加广泛。作为光通信技术中的核心部件，用于光电转换的光模块也在快速发展，其中，出现了从155m～100g多种不同速率的光模块。

通常，光模块中主要设有光接收组件和发射光组件，其中，光接收组件用于将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的信号处理和识别；发射光组件用于将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输。针对10g光模块的探测灵敏度要求高以及低成本的要求，其光接收组件通常采用雪崩光电二极管(avalanchephotodiodes，apd)，apd光接收组件对于1577nm波段的光，不仅在常温、高温下灵敏度要优于原有技术(电吸收调制)的光接收组件，且成本方面及封装工艺方面均有较大优势，对高速网络推进极为有利。但由于受其材料特性限制，apd响应度在1577波段附近受温度影响较大，尤其在低温条件下，硅基apd性能比其常温状态下要差，响应度较低，因此要获得更好的响应度，势必需要在低温下对apd进行加热，保证光接收组件能够工作在最佳温度下，以获得更为稳定的器件性能。

相关技术中，通常在apd光接收组件的内部或者外部设计加热电阻，光模块中的微程序控制器(microprogrammedcontrolunit，mcu)根据当前环境温度，控制加热电阻的加热功率。然而，上述加热电路由于会受其它因素的干扰，导致对光接收组件的实际加热功率并不是mcu所控制的目标值，进而不能稳定控制对光接收组件的加热温度。

技术实现要素：

本发明提供了一种光模块，以解决不能稳定控制对光接收组件的加热温度的问题。

根据本发明实施例提供的光模块，包括：

信号生成单元，用于生成参考电压信号和三角波信号；

运算放大器，用于根据接收到的所述参考电压信号和反馈电压信号之间的差值，输出差值电压信号；

电压比较器，用于根据接收到的所述三角波信号和所述差值电压信号的电压比较结果，输出脉冲信号；

雪崩二极管加热单元，用于检测所述脉冲信号的电平状态，以及在所述脉冲信号处于预设电平状态时为所述光模块中的雪崩二极管加热；

电压反馈单元，用于根据所述脉冲信号在一个周期内处于所述预设电平状态的时长，输出所述反馈电压信号，其中，所述脉冲信号处于预设电平状态的时长与所述反馈电压信号的电压大小成正比。

由以上技术方案可见本发明实施例提供的光模块，在设定好参考电压后，利用运算放大器比较后输出参考电压和反馈电压之间的差值，即差值电压信号；然后，将该差值电压信号作为电压比较器的参考电压，通过电压比较器对该差值电压信号和三角波信号的比较处理，得到方波形脉冲信号，并且该脉冲信号的占空比受差值电压信号的大小决定；最后，雪崩二极管加热单元在所述脉冲信号处于预设电平状态时为所述光模块中的雪崩二极管加热；同时，电压反馈单元还向运算放大器输出与该脉冲信号在一个周期内处于所述预设电平状态的时长成正比的反馈电压。利用上述电路，在当前周期内，脉冲信号处于预设电平状态的时间越长，则为雪崩二极管加热时间越长加热量越大并且反馈电压越大，使反馈电压与参考电压之间的差值变小，并且在下一周期内使电压比较器输出的脉冲信号处于预设电平状态的时长变小，这样为雪崩二极管加热时间减小。因此，在上述负反馈调节下，加热电路最终会达到一个动态稳定状态，进而可以维持稳定的对光接收组件中雪崩二极管的加热温度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电压比较器对信号处理的过程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光模块的基本电路结构示意图；

图4为图3中的运算放大器的基本电路结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

针对光模块中的雪崩二极管apd受材料特性限制，其响应度在1577nm波段附近受温度影响较大，在低温条件下，硅基apd性能比较其常温要差，响应度较低，因此要获得更好的响应度，势必需要在低温下对光接收组件内部的apd进行加热，保证探测器能够工作在最佳温度下，并且要尽可能的维持加热温度稳定性的要求。本发明实施例提供了一种光模块，通过在光模块内部设计加热电路，在该加热电路中以脉冲供电配合负反馈调节的方式，以为apd提供可调节的工作温度并保持此温度的稳定。

针对上述设计原理，下面将结合附图对本实施例提供的光模块进行详细介绍。图1为本发明实施例提供的一种光模块的结构示意图。如图1所示，该光模块中的加热电路主要包括信号生成单元10、运算放大器20、电压比较器30、雪崩二极管apd加热单元40和电压反馈单元50。

在该电路中，信号生成单元10用于生成参考电压信号和三角波信号，具体的，为节省光模块内部空间，可以在光模块中的微程序控制器上设置参考电压信号输出引脚和三角波信号输出引脚，并且参考电压信号输出引脚与运算放大器20参考电压信号输入端连接，三角波信号输出引脚与电压比较器30的三角波信号输入端连接。当然，还可以采用独立的信号生成元件实现。

运算放大器20的两个输入端分别与信号生成单元10的输出端和电压反馈单元50的输出端连接，用于接收来自信号生成单元10的参考电压信号和来自电压反馈单50元的反馈电压信号，并根据接收到的参考电压信号和反馈电压信号之间的差值，输出差值电压信号。

电压比较器30的两个输入端分别与信号生成单元10的输出端和运算放大器20的输出端连接，用于接收来自信号生成单元10的三角波信号和来自运算放大器20的差值电压信号，并根据接收到的三角波信号和差值电压信号的电压比较结果，输出脉冲信号。

雪崩二极管加热单元40的输入端与电压比较器30的输出端连接，用于接收来自电压比较器30的脉冲信号并检测该脉冲信号的电平状态，在所述脉冲信号处于预设电平状态时，则为所述光模块中的雪崩二极管加热。

电压反馈单元50的输入端与电压比较器30的输出端连接，用于接收来自电压比较器30的脉冲信号，以及根据接收到的脉冲信号在一个周期内处于所述预设电平状态的时长，输出反馈电压信号，并且，脉冲信号处于预设电平状态的时长与所述反馈电压信号的电压大小成正比。

在上述电路工作过程中，首先，信号生成单元10设定好参考电压后，利用运算放大器20比较后输出参考电压和反馈电压之间的差值，即差值电压信号；然后，将该差值电压信号作为电压比较器30的参考电压，通过电压比较器30对该差值电压信号和三角波信号的比较处理，得到方波形脉冲信号，并且该脉冲信号的占空比受差值电压信号的大小决定。

图2为本发明实施例提供的电压比较器对信号处理的过程示意图。根据电压比较器的工作原理，当“+”输入端电压高于“-”输入端时，电压比较器输出为高电平，当“+”输入端电压低于“-”输入端时，电压比较器输出为低电平，使三角波信号接入电压比较器的“+”输入端，差值电压信号接入电压比较器的“-”输入端。利用上述连接方式，如图2所示，在三角波信号的幅值和周期固定的情况下，针对两个不同的差值电压信号vin1和vin2，若vin1的电压值大于vin2的电压值，则电压比较器处理后，vin1对应的脉冲信号的占空比小于vin2对应的脉冲信号的占空比。当然，还可以使使三角波信号接入电压比较器的“-”输入端，差值电压信号接入电压比较器的“+”输入端，这样，在差值电压信号的电压值越大时，即参考电压和反馈电压之间的差值越大时，电压比较器的输出的脉冲信号的占空比越小。

最后，雪崩二极管加热单元40在接收到的脉冲信号处于预设电平状态时为光模块中的雪崩二极管加热，例如在脉冲信号处于低电平状态时则为雪崩二极管加热，这样脉冲信号处于低电平状态的时间越长，对应的加热量则越大。同时，电压反馈单元50还向运算放大器20输出与该脉冲信号在一个周期内处于所述预设电平状态的时长成正比的反馈电压信号，例如，预设电平状态为低电平状态，则脉冲信号处于低电平状态的时间越长，输出的反馈电压信号的电压值越大。

利用上述电路，在当前周期内，脉冲信号处于预设电平状态的时间越长，则为雪崩二极管加热时间越长加热量越大，并且电压反馈单元50输出的反馈电压值越大，进而运算放大器20接收到的反馈电压与参考电压之间的差值变小；同时，利用电压比较器，使脉冲信号在下一周期内处于预设电平状态的时长变短，这样，为雪崩二极管加热时间减小，对应的加热量也会减小。因此，在上述负反馈调节下，加热电路最终会达到一个动态稳定状态，进而可以维持稳定的对光接收组件中雪崩二极管的加热温度。

图3为本发明实施例提供的一种光模块的基本电路结构示意图。图4为图3中的运算放大器的基本电路结构示意图。

如图4所示，第一电阻r1的一端用于与信号生成单元10的参考电压信号输出端连接、另一端分别与运算放大器的同向输入端和第二电阻r2的一端连接，第二电阻r2的另一端接地。第四电阻r4的一端用于与电压反馈单元40的输出端连接、另一端分别与运算放大器的反向输入端和第三电阻r3的一端连接，第三电阻r3的另一端与运算放大器的输出端连接。

利用图4中的电路结构，由虚断知，通过第一电阻r1的电流等于通过第二电阻r2的电流，同理通过第四电阻r4的电流等于第三电阻r3的电流，故有(vref-v+)/r1＝v+/r2，(vin-v-)/r4＝(v--vout)/r3。如果r1＝r2，则v+＝vref/2，如果r3＝r4，则v-＝(vout+vin)/2，由虚短知v+＝v-，所以vout＝vref-vin，即参考电压信号和反馈电压信号之间的差值。当然，并不限于本实施例提供的运算放大器的电路结构。

进一步的，针对图3中的电压比较器30，也可以采用工作在开环状态的运算放大器，来作为电压比较器子用。但是由于在运算放大器电路设计时，着重考虑其输出与输入之间的线性传输特性以及频率补偿的稳定性。因此，运算放大器的的响应时间和延迟时间往往不是很大，开环增益也不是很高。基于上述原因，本实施例优选使用具有高速或高灵敏度的电压比较器，以提高该加热电路的信号处理速度。

具体的，本实施例中的电压比较器30可以采用四级结构，前两级和差分运算放大器基本相同，只是把运算放大器中的补偿电容去掉，后两级使用cmos反向器，前一个反向器(电压比较器的第三级)工作在传输特性曲线中的转折区被当做放大器使用，对差分信号起放大作用；后一个反向器(电压比较器的第四级)在反向的同时，使电压达到满幅输出。

如图3所示，雪崩二极管加热单元40包括加热电压源401、pmos开关402和加热电阻403，其中，pmos开关402的栅极与电压比较器30的输出端连接、漏极(起发射作用的电极)与加热电压源401的输出端连接、源极(起集电作用的电极)与加热电阻403的一端连接，加热电阻403的另一端接地，加热电阻403设置在靠近所述光模块的光接收组件的位置或内部。

由于mos管为电压控制元件，并由栅源极电压vgs决定其工作状态，其中，对于nmos管，vgs大于一定的值就会导通，对于pmos管，vgs小于一定的值就会导通,并且其还具有开关速度快、允许通过最大电流大的优势。利用上述mos管的导通特性，在电压比较器30输出的脉冲信号处于低电平状态时，pmos开关402则导通，进而加热电压源401与加热电阻403之间的回路导通，进而可以利用加热电阻403为雪崩二极管加热。当然，上述pmos开关可以替换为nmos开关，还可以采用三极管，如使三极管的基极与电压比较器30的输出端连接、发射极与述加热电压源401的输出端连接、集电极与加热电阻403的一端连接，加热电阻403的另一端接地。

进一步的，为了提高加热电阻对雪崩二极管的加热效率，加热电阻403可以设置在光接收组件内部且靠近所述雪崩二极管的位置，同时，pmos开关402的源极与光接收组件to上的加热引脚的一端连接，加热引脚的另一端与加热电阻403的一端连接，加热电阻403的另一端接地。

电压反馈单元50包括pnp/pnp匹配双晶体管503、第一电流分配电阻501、第二电流分配电阻502和电压反馈电阻504，其中，pnp/pnp匹配双晶体管503包括第一三极管5031和第二三极管5032，pmos开关402的源极分别与第一电流分配电阻501和第二电流分配电阻502的一端连接，第一电流分配电阻501的另一端与第一三级管5031的发射极连接，第二电流分配电阻502的另一端与第二三级管5032的发射极连接；所述第二三极管5031的基极、所述第一开关管5031的基极和集电极均与加热电阻403的一端连接，加热电阻403的另一端接地；电压反馈电阻504的一端分别与第二三极管5032的集电极和运算放大器20的反馈电压信号输入端连接、另一端接地。

利用上述电路结构，当pmos开关402处于导通状态时，pnp/pnp匹配双晶体管503也会导通，并且将加热电阻403上的工作电流镜像到电压反馈电阻504，形成反馈电压信号并发送给运算放大器20。同时该反馈电压的大小是与pmos开关402在一个信号周期内的导通时间长度相关的变量，其导通时间越长，反馈电压越大，即是与脉冲信号占空比相关的变量，如图中的pmos开关402为低电平导通，则脉冲信号的占空比越小，反馈电压越大。当然，并不限于本实施例提供的上述电路结构，还可以采用电荷泵配合偏置电容的方式实现。

为方便对脉冲信号占空比的调节，第一电流分配电阻501和第二电流分配电阻502的阻值设置为相等。当然，还可以设置为其它的比例关系，如10:1～1:10中的任意值，或其它数值，但两者比例不能过大或过小，过大或过小可能会导致反馈电压过大或过小，进而导致脉冲信号的占空比调不小或者调不大，直接影响加热电阻的导通加热时间。

进一步的，本实施例还提供了参考电压信号的设置方法，具体的，利用光模块中的环境温度检测单元检测光模块的环境温度，微程序程序控制器根据所述环境温度检测单元的检测值，输出相应的参考电压信号给运算放大器，这样针对不同的环境温度，微程序程序控制器可以输出不同的参考电压信号，进而可以形成不同占空比的脉冲信号。

在参考电压信号的处理上，微程序程序控制器以将环境温度值与参考电压之间的对应关系预先存储到处理器中，其中，环境温度值与参考电压之间的对应关系具体可以是以函数的形式，或者表格的形式保存在处理器中。

利用上述对应关系，处理器根据确定出的环境温度值，输出相应的参考电压给运算发达器，进而控制加热电阻为光接收组件中的雪崩光电二极管加热，使光接收组件的环境温度为相应的温度，即补偿雪崩光电二极管所处环境的温度变化，进而避免光模块在低温时会出现接收端灵敏度劣化的现象。

另外，本实施例还提供了三角波信号周期的设置方法，具体可以参照开关管允许的最大开关频率和加热电阻需要的实际导通时间确定，如设置为10μs、5μs～15μs中的任意数值等等。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。