01 光模块的分类和主要功能_百度文库
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01 光模块的分类和主要功能|光​模​块​基​础​知​识​ ​光​模​块​ ​光​纤​通​讯
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数字光模块基础知识介绍
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3秒自动关闭窗口37带数字诊断功能的小封装光模块研究-第11页
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37带数字诊断功能的小封装光模块研究-11
间采用直流耦合，由前所述，直流耦合具有多速率兼容；激光器输出光功率、偏置电流和探测器接收光功率作为；限幅放大器MAX3748的TH引脚外接固定电阻，；4.3本章小节；本章介绍了数字诊断控制器DSl859的结构与工作；第5章、数字诊断光模块的测试；在设计完成后，需对模块的性能参数进行测试，以检查；5.1一般光电性能的调测；5.1.1发射端调测；发射端要测量的主
　间采用直流耦合，由前所述，直流耦合具有多速率兼容、功耗低、需要的元件少以及易于实现驱动器与激光器之间的匹配等优点。串联阻尼电阻RD有两个作用，既阻尼了导致输出失真的反射，又为激光器提供了一个稳定的负载。因为激光器自身的等效阻抗一般在5Ω左右波动±20%(±1Ω/5Ω=20%)，串联阻尼电阻后，激光器负载的波动只有±4%(±1Ω/25Ω=4%)，激光器负载的稳定很重要，输出电路的负载不稳定可能引起反射和振铃，这将降低光学波形的质量。RS和CS组成的分流网络用于补偿引线和激光管封装连线造成的感性负载，消除激光器的寄生电感，从而保持负载的纯阻性，有利于减小过冲和振铃。一般RS取几十Ω，CS取几个pF。应该通过试验和调试使输出光波形得到优化，本设计中RS取75Ω，CS取3pF。由于MAX3735 BIAS脚存在与偏置电流源相关的分流电容，这一分流电容将导致与频率有关的阻抗ZBIAS，在高速应用中会恶化输出光学波形，因此在激光器的阴极与MAX3735 BIAS引脚之间接入了一个铁氧体磁珠Ferrite Bead，用于隔离偏置电路的容性成分，该电感对直流偏置电路没有影响，但对调制电流将呈现高阻抗。为满足SFP的时序要求，并使与APC环路时间常数相关的模块相关抖动最小，保证环路的稳定，在APCFILT1与APCFILT2两脚之间接一只电容CAPC。另外，在光电二极管阳极添加一只电容CMD，以滤除由光电二极管产生的瞬态电流。为保持稳定，并留有适当的相位裕量(对应于CAPC和CMD产生的两个极点)，一般MAX3735的CAPC应该比CMD大20倍，本设计中CMD取1.5nF，CAPC取30nF。激光器是光收发模块中最贵的部件，也是静电敏感元件，为了保护激光器，设计中在MAX3735的SHUTDOWN引脚接了一场效应管，SHUTDOWN引脚接场效应管的栅极，控制场效应管的通断。正常工作时SHUTDOWN脚输出低电平，场效应管导通，激光器上有电流，激光器正常发光：电路异常时，SHUTDOWN脚输出高电平，场效应管关断，激光器上没有电流流过，从硬件上保证了其安全。MAX3735的RMODSET和RAPCSET脚用于设置激光器的偏置和调制电流，一般通过外接固定电阻的方法设置偏置和调制电流，本设计中RMODSET和RAPCSET脚接DSl859的数字电阻，以DSl859的两路数字电阻作为偏置和调制电阻。在RMODSET和数字电阻以及RAPCSET和另一路数字电阻之间分别串联一固定电阻，另外，在两个数字电阻引脚处都通过一个固定电阻接地，这样可以方便的调节偏置电阻和调制电阻的范围，而且可以选择是否将数字电阻接入RMODSET和RAPCSET脚，适合不同的应用场合。MAX3735的TX_DISABLE脚用于接收系统板的发射禁止信号，MAX3735的TX_FAULT脚用于向系统板提供光模块发射故障信号。 激光器输出光功率、偏置电流和探测器接收光功率作为三个外部模拟信号输入DSl859，并通过DSl859对其进行监控。其中对激光器输出功率的监控是通过监测发射光组件中的背光二极管的输出电流实现的(背光二极管的输出电流正比于激光器输出功率)，及将MAX3735的PC_MON脚接DSl859的MON2脚作为一路模拟量输入；对激光器偏置电流的监控通过MAX3735的BC_MON脚接DSl859的MON1脚来实现；对接收光功率的监控通过将MAX3748的接收信号强度指示脚RSSI接入DSl859的MON3实现。DSl859的两路数字电阻R0和R1分别按入MAX3735的MODSET和APCSET脚，用于设置激光器的调制和偏置电流。当环境温度变化时，两路数字电阻提供给MAX3735的电阻值也相应变化(不同温度点的电阻值存储在查找表中)，激光器的偏置和调制电流也相应变化，以补偿激光器阈值电流和斜效率随温度的变化。这样只需在光模块生产过程中对工作环境进行模拟，通过调试找出光模块在各个工作温度下能保证各项性能指标良好的偏置和调制电阻，并将不同温度下的电阻值存储在DSl859的温度查找表中，这样当工作环境变化时，数字诊断光模块就能自动读取相应电阻值，维持较好的工作状况和性能指标。DSl859的SDA和SCL脚通过光模块的金手指接系统板的相应脚，用于系统板与光模块之间的通信，其中SCL信号提供通信所需要的时钟，SDA信号传输通信数据。 限幅放大器MAX3748的TH引脚外接固定电阻，用于设置LOS门限。本设计中MAX3748与MAX3744之间采用直流耦合，MAX3744前置放大器测量光电二极管的平均电流，并将测量结果提供给共模输出，MAX3748的RSSI电路检测输入信号IN+和IN-的共模直流电平，产生一个与光电二极管电流成正比、以地为参考的输出信号(RSSI)，RSSI信号接入DSl859实现接收光功率的监控。 4.3
本章小节本章介绍了数字诊断控制器DSl859的结构与工作原理，介绍了DSl859的移位与内部校准方法。然后采用DSl859作为数字诊断控制器，用MAX3735作为激光驱动器，MAX3748和MAX3744作为限幅放大器和跨阻放大器设计出了带数字诊断功能的小封装光模块的电路图，并对电路中的主要部分与重要参数的选择进行了介绍。 第5章 、数字诊断光模块的测试 在设计完成后，需对模块的性能参数进行测试，以检查其是否达到预定设计要求。由于带数字诊断的SFP模块除了具有普通光模块的光电转换功能与故障告警显示外，还其有重要参数监控和数字诊断功能。因此其测试包括一般光电性能的测试和数字诊断与监控功能的实现。下面就分这两部分分别进行介绍。 5.1
一般光电性能的调测5.1.1
发射端调测发射端要测量的主要参数有：平均光功率、消光比、上升和下降时间以及发射光眼图。下面分别进行介绍：1、平均光功率平均光功率即输出光信号的平均功率。其测量方法是给光模块加上额定工作电压，再加上二进制伪随即序列作为测试信号，用光纤连接模块光发射端口与光功率计，直接由光功率计上读出，单位通常以dBm表示。如不考虑色散因素，功率愈高，可传输的距离也愈长。平均光功率与输入的伪随机码型有关，不归零码(NRZ)与归零码(RZ)相比，其占空比分别为100%，50%，因而其平均光功率大3dB。测量平均光功率时光功率计测量波长的选择要与激光器的发光波长一致，否则结果会有较大偏差；另外，平均光功率是在额定电压和工作电流下测得的，否则结果有偏差。 2、消光比消光比指测试数字信号为全l与全O时，激光器输出光功率大小的比值。可由下式计算而得：ER=10lgP1/P0
(5-1)其中，ER表示以dB为单位的消光比，P1和PO分别为逻辑1及0时的光功率大小。一般消光比越大则数字信号抵抗干扰和噪声的能力越强。但是消光比太大，预偏置电流就会很小，影响激光器的开关速度和系统传输速率。消光比太小则调制深度浅，有用光功率比例减小，抗干扰能力差，影响系统灵敏度。消光比的测试可以通过分别给激光器的数字驱动电路发送全“0”码和全“1”码，测出全“0”码时的光功率P0和全“1”码时的光功率P1，然后带入式5-1计算得到。现在一般通过将携带数字信息的光信号接入高速示波器，由高速示波器内的光探测器来测量全“1”码和全“0”码时的光功率，并进行运算获得。这里我们选用安捷伦公司的86100示波器与相应的光口来进行消光比的测试，其中测试光口的选择要考虑激光器的发光波长和所需滤波器的速率。具体见图5.1发射端测试框图。 图5.1
发射端测试框图 3、发射光眼图在数字通信系统中眼图是评断信号质量的重要依据之一。一般用具有多值显示(multivalued display)功能的示波器来观察发射光眼图。典型的眼图如图5.2所示，是由信号0与1之间变化的各种可能组合迭加而成的结果。由于此处我们观察是光信号的特性，所以测试所用的示波器除了有多值显示功能之外，还需要能集成光探测器以便将光信号尽可能保持原状转换成示波器可接受的电信号。发射光眼图的测试框图同消光比的测试框图。 图5.2发射光眼图 4、上升时间和下降时间在数字通信系统中，通常上升时间定义为信号的上升沿从lO%到 90%振幅所需时间，而下降时间则定义为信号的下降沿从90%到10%振幅所需的时间。然而在光信号的量测中，常因信号噪声与抖动的原因，使得10%及90%的位置比较难以判断，所以一般取20%及80%的位置来测量上升及下降时间。两种模式可通过示波器上相应设置部分进行设置，一般在光模块的特性指标中也会注明是采用何种标准。上升时间和下降时间的测试也是通过将发射光信号输入高速示波器由示波器直接采样读取的，可以直接从眼图上读出。具体见图5.2发射光眼图。5.1.2
常见眼图问题描述及解决方法下面是几个激光管接口问题的描述及解决办法。典型的激光管接口电路请参考图5.3。 图5.3
典型的激光管接口电路 1、波形压缩问题描述：眼图不清晰，在显示的眼图最下面有黑水平线，减少偏置电流会压缩波形，波形上端下移，低端固定不变。如图5.4问题原因：偏置电流设的太低，数字零电平低于激光管门限。问题解决：提高激光管的偏置电流直到示波器上的波形开始上移(表示数字零电平已高于激光管门限)。当偏置电流增加时，眼图会变的清晰可辨。 图5.4波形压缩的眼图2、松弛振荡问题描述：在波形图上有明显的较大的过冲，在显示的眼图最下面有黑水平线，减少偏置电流使数字1电平下移，但过冲幅度保持不变，甚至增大。偏置电流减少时波形底端(数字0电平)保持不变，如图5.5。可能原因：偏置电流设的太低．数字O电平低于激光管门限．当激光管从低于门限电平向高电平切换时需要时间，从而导致了上升边沿的延迟．开关延迟使电势积累增加，一旦克服了门限就过冲数字1电平(称作松弛振荡)。解决方法：提高激光管偏置电流直到示波器上的波形开始上移(表示数字零电平已高于激光管门限)，当数字0电平高于门限值后，过冲将减少。 图5.5
松弛振荡眼图 3、过冲问题描述：波形的上升沿冲过了数字l电平，当偏置电流和调制电流变化时过冲的相对幅度没有改变，没有明显的振铃。如图5.6。可能原因：上升太快；用于上拉的铁氧体磁珠Q值太高。解决方法：a)插入截至频率为75%数据率的低通滤波器，减慢上升和下降沿，减少过冲；b)降低与铁氧体磁珠并联的电阻。 图5.6
有过冲的眼图 包含各类专业文献、外语学习资料、应用写作文书、生活休闲娱乐、文学作品欣赏、各类资格考试、中学教育、幼儿教育、小学教育、行业资料、专业论文、高等教育、37带数字诊断功能的小封装光模块研究等内容。　
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