双纤双工结构有源光缆通信架构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种光通信领域的传输介质，具体是一种双纤双工结构的、具有100G 高速率的、QSFP+接口(QSFP+，Quad Small Form - factor Pluggable Plus)有源光缆通信架构。
【背景技术】
[0002]有源光缆(Active Optical Cable:A0C)是一种新近发展起来的最先进光电互连技术。AOC在高速、低功耗、长距离、高密度、无电磁干扰、短延时等方面有传统电互连技术无可比拟的优点。几乎所有的电互连接口都可以改用光电互连，从而可以以AOC的方式实现数据通信的低功耗高速长距离连接。这方面，面向企业级应用的AOC有1G的SFP、16G的Fibrechannel、40G的QSFP、48G的SAS、56G的QSFP+等，面向消费级应用的有5G/10G的USB、8G的PCIeUOG的Thunderbolt、20G的HDMI等。据美国CIR公司预测，在云计算、大数据这些应用需求推动下，应用于数据中心的AOC销售到2017年将达到22亿美元，其它领域约14亿美元。更重要的意义在于，数据中心和超级计算机必须在解决高速率数据互连这一关键管道问题之后，才能够为“互联网+”的海量应用和计算提供最底层的物理带宽支持。
[0003]目前，大型数据中心和超级计算机中，40G以上的机器已经大量采用A0C，天河2号(世界最快超级计算机)采用了 4万多根56G的A0C，而未来100G甚至更高速率的设备更是必须使用A0C。另一方面，100G AOC目前主要采用QSFP+的多源协议(mult1- sourceagreement)。
[0004]现有的技术方案中，江苏旭创的40G AOC就采用其专利技术的QSFP+MSA(专利文献号CN102169215A，公开(公告)0,2011.08.31)，而Molex则报道了采用硅光技术实现的100GQSFP+A0C。TE Connectivity以及Finisar等公司则采用最常规的垂直墙面发射激光器(VCSEL)方案实现 100G QSFP+A0C。
[0005]现有其他技术方案中，一般采用四路25G的信号对四个VCSEL分别进行直接调制，在此基础上进行四路光纤并行传输，在接收端用四个光电探测器(PD)进行接收。因此，实现双工过程，光缆中总计有8根光纤进行并行连接。光纤连接过程的一致性是工艺上极其严重的问题，一根光纤的耦合出现问题将导致整个AOC成为不良品。
[0006]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN202995094U，公开(公告)日，2013.06.12，公开了一种易于封装的并行传输光器件，包括多路发射芯片、多路接收芯片、PCB基板、发射驱动1C、接收放大1C、多个阵列透镜和多个多芯阵列光纤。多路发射芯片与发射驱动IC电连接，多路发射芯片的发光孔径与一阵列透镜对准设置；多路接收芯片与接收放大IC电连接，多路接收芯片的接收光敏面与另一阵列透镜对准设置；多芯阵列光纤连接多个阵列光纤连接头，该多个阵列光纤连接头分别与多个阵列透镜对准设置。但现有技术均为8纤的双工结构，也就是8根光纤来实现4路的双向数据通信，而无法实现在两根光纤中的双向数据通信。并且该技术在单端是采用4个VCSEL和4个H)实现4路信号的数据通信，无法实现I个VCSEL和I个H)得到总速率相同的4路信号数据通信。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种双纤双工结构有源光缆通信架构，能够显著减少并行连接的光纤数量以提高工艺的一致性，同时直接减少器件的消耗数量，在直接提高生产良率的同时更能够有效地降低成本。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0009]本发明涉及一种双纤双工结构有源光缆通信架构，由两个结构相同且相对设置的传输链路组成，该链路包括:依次连接的驱动电路、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、传输光纤、光电探测器(PD)和接收电路，其中:两个传输链路的传输光纤通过双芯光纤光缆实现，双芯光纤光缆的两端分别具有一个信号发射部分和一个信号接收部分。
[0010]所述的驱动电路包括:信号合并单元和放大调制单元，其中:信号合并单元是输入端接收四路25G并行信号，输出端与放大调制单元相连并输出一路50G PAM4信号，由放大调制单元对该50G PAM4信号放大并对VCSEL进行调制。
[0011]所述的接收电路包括:信号分解单元和信号偏置单元，其中:信号偏置单元对ro输出的50G PAM4光信号偏置为电信号并跨阻放大后输出至信号分解单元，由信号分解单元将50GPAM4电信号分解复用为四路标准25G输出信号。
[0012]所述的VCSEI^nro的带宽超过50GHz，工作波长为850nm、1310nm或1550nm波段。
[0013]所述的VCSEL和H)并列放置且间距为125微米。
[0014]所述的双芯光纤光缆由两根光纤并列组装得到，该光纤的直径为125微米，两个纤芯的间隔为125微米，该双芯光纤光缆采用单模光纤或多模光纤组成。
技术效果
[0015]与现有技术相比，本发明能够实现在两根双向连接的光纤中得到4路数据通信，从而实现双纤双工的功能；将传统的8根光纤结构减少为2根光纤结构但不改变数据通信的速率，同时将传统4个VCSEL和4个H)的使用数量降低为I个VCSEL和I个PD，从而大幅减少器件数量和相应的功率消耗，减少成本。
【附图说明】
[0016]图1为本发明结构示意图；
[0017]图2为本发明双芯光缆结构示意图，其中纤芯间隔125微米。
[0018]图3为本发明VCSEL和H)示意图；
[0019]图4为本发明所涉及的驱动电路功能不意图；
[0020]图5为本发明所涉及的接收电路功能示意图；
[0021]图6为本发明所涉及的AOC模块部分结构和功能示意图；
[0022]图7为本发明所涉及AOC的整体系统结构和功能示意图；
[0023]图8为本发明所涉及100G QSFP+A0C实施列的结构和功能示意图；
[0024]图9为本发明实施例所涉及的50Gbaud PAM4原始电信号仿真眼图；
[0025]图10为本发明实施例所涉及的50Gbaud PAM4原始电信号经过VCSEL调制的光信号仿真眼图。
【具体实施方式】
[0026]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0027]如图1和图2所示，本实施例对应Infiniband所要求的速率，即单个链接速度500MB/秒，四个链接速度2GB/秒。
[0028]本实施例包括:两根多模光纤
[0029]所述的多模光纤，纤芯直径为62.5微米，包层直径为125微米，两根光纤并列靠紧，纤芯间隔为125微米；
[0030]如图3所示，为所述的带宽为50GHz的VCSEL，与其并列组装的是一个带宽为50GHz的H)，本部分所述带宽为3dB带宽。VCSEL和H)的中心间距为125微米，VCSEL的尺寸为125*125微米，PD的尺寸为125*125微米；
[0031 ] 如图4所示，为所述的驱动电路，将4路25.78Gbps的NRZ信号转变为I路51.56Gbaud的PAM4信号，总的速率达到103.12Gbps，从而得到Infiniband所需要的100GEDR带宽。
[0032]该驱动电路包括:模数转换单元、并串变换单元、二进制到4进制编码单元以及数模转换单元，从而过驱动电路实现对VCSEL的直接调制。
[0033]如图5所示，为所述的接收电路，将I路总速率103.12Gbps的51.56Gbaud PAM4信号转变为4路25.78Gbps的NRZ信号，从而作为QSFP+的四路输出。
[0034]该接收电路包括:模数转换单元、4进制到二进制编码单元和串并变换单元。
[0035]如图6所示，本实施例拟将驱动电路的输出端连接至VCSEL用于实现直接调制，将接收电路的输入端连接至ro用于接收ro得到的光信号，驱动电路的4路输入端和接收电路的4路输出端连接至QSFP+外部接口。VCSEL和H)并列组装的芯片将和双芯光纤对准耦合，双芯光纤纤芯间隔125微米，VCSEL和H)中心间隔125微米，通过精确对准实现耦合封装。
[0036]如图7所示，本实施例通过将两个模块组装起来得到100G QSFP+A0C，实现103.12Gbps的EDR数据通信。采用850nm的VCSEL和PD，以及62.5/125的0M2多模光纤，得到图8的AOC实施例结构。
[0037]如图9与图10所示，本实施例将首先得到一路50Gbaud的PAM4电信号，该电信号通过对VCSEL直接调制得到50Gbaud的光信号，从而可以在光纤中实现传输和互连。
【主权项】
1.一种双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征在于，由两个结构相同且相对设置的传输链路组成，该链路包括:依次连接的驱动电路、VCSEL、传输光纤、PD和接收电路，其中:两个传输链路的传输光纤通过双芯光纤光缆实现，双芯光纤光缆的两端分别具有一个信号发射部分和一个信号接收部分。2.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，所述的驱动电路包括:信号合并单元和放大调制单元，其中:信号合并单元是输入端接收四路25G并行信号，输出端与放大调制单元相连并输出一路50G PAM4信号，由放大调制单元对该50G PAM4信号放大并对VCSEL进行调制。3.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，所述的接收电路包括:信号分解单元和信号偏置单元，其中:信号偏置单元对ro输出的50G PAM4光信号偏置为电信号并跨阻放大后输出至信号分解单元，由信号分解单元将50G PAM4电信号分解复用为四路标准25G输出信号。4.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，所述的VCSEL和PD的带宽为50GHz，载波波长为850nm、1310nm或1550nm波段。5.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，所述的VCSEL和PD并列放置且间距为125微米。6.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，所述的双芯光纤光缆由两根光纤并列组装得到，该光纤的直径为125微米，两个纤芯的间隔为125微米，该双芯光纤光缆采用单模光纤或多模光纤组成。7.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，所述的驱动电路包括:模数转换单元、并串变换单元、二进制到4进制编码单元以及数模转换单元。8.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，所述的接收电路包括:模数转换单元、4进制到二进制编码单元和串并变换单元。9.根据权利要求1所述的双纤双工结构有源光缆通信架构，其特征是，当载波波长为850nm时，所述的传输光纤米用62.5/125的OM2多模光纤。
【专利摘要】一种双纤双工结构有源光缆通信架构，由两个结构相同且相对设置的传输链路组成，该链路包括：依次连接的驱动电路、VCSEL、传输光纤、PD和接收电路，其中：两个传输链路的传输光纤通过双芯光纤光缆实现，双芯光纤光缆的两端分别具有一个信号发射部分和一个信号接收部分。本发明能够显著减少并行连接的光纤数量以提高工艺的一致性，同时直接减少器件的消耗数量，在直接提高生产良率的同时更能够有效地降低成本。
【IPC分类】H04B10/25
【公开号】CN104883223
【申请号】CN201510321108
【发明人】何祖源, 杜江兵, 马麟
【申请人】上海南明光纤技术有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月12日