专利名称：塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及塑料光纤通信技术领域，尤其涉及一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块。
背景技术：
塑料光纤又称聚合物光纤，是一种新兴的光纤通信介质，其纤芯和包层都有塑料材料制成。塑料光纤具有韧性好、不容易折断、数值孔径大、容易耦合的特点。现有塑料光纤通信系统中使用的收发合一光模块，一般为采用温度补偿的方式来维持发射光功率的稳定，但由于电子元器件的特点和驱动器芯片的驱动特性，通过温度补偿方式只能实现一定的稳定度，在高温情况下，很难实现发射光功率的高度稳定；而且，现有的收发合一光模块采用焊接式的插件封装，当光模块发生故障时，需要将设备整机返回原厂才能更换新的光模块。
发明内容本实用新型的是提供一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其可以实现发射光功率的高度稳定。一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，包括光接收机和光发射机，光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器，光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器，光发射组件驱动器具有自动功率控制电路，光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片，自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路。其中，小型可热插拔收发合一光模块还包括符合SFP多源协议的SFP光模块接口， 光接收机和光发射机均与SFP光模块接口连接。其中，SFP光模块接口的具体型号为SFP-2X10 ；光发射机包括具有半导体激光二极管和背光检测光电二极管的光发射芯片LD，驱动芯片Ul，电阻R1、R2、R4、R5、R6、R7、R10、 R11、R13、R14、R15、R16、R17、R18，电容 Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C8、CIO、Cll、C12、C13、C14、 C15，电感Li、L2、L3 ；Ul的具体型号为UX2211，LD的3脚、C6的一端与Ul的18脚连接， LD的2脚、R17的一端、L3的一端与R16的一端连接，LD的4脚、R15的一端、L2的一端与 R18的一端连接，R17的另一端与C5的一端连接，L3的一端与Ul的13脚连接，R16的另一端与C4的一端连接，C4的另一端、R14的一端与Ul的16脚连接，R15的另一端与C3的一端连接，C3的另一端、R13的一端与Ul的15脚连接，R13的另一端、L2的另一端、R18的另一端、R14的另一端、C15的一端、ClO的一端、Cll的一端、C12的一端、C13的一端、C14的一端、Ll的一端、Ul的2脚、Ul的5脚、Ul的14脚、Ul的17脚与电源VCCT连接，Ll的另一端与SFP-2X10的16脚连接，C8连接在Ul的19脚与20脚之间，Rl的一端、Cl的一端与 Ul的3脚连接，Cl的另一端与SFP-2X10的18脚连接，Rl的另一端、C2的一端与Ul的4脚连接，C2的另一端与SFP-2X10的19脚连接，Ul的24脚与R5的一端连接，Ul的1脚与R4 的一端连接，Ul的22脚与R2的一端连接，Ul的7脚与R6的一端连接，Ul的8脚与R7的一端连接，SFP-2X10的2脚与Ul的11脚连接，SFP-2X10的3脚与Ul的6脚连接，RlO的一端、Rll的一端与Ul的21脚连接，C6的另一端、LD的1脚、C5的另一端、C15的另一端、 ClO的另一端、Cll的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、R2的另一端、R4 的另一端、R5的另一端、R6的另一端、R7的另一端、RlO的另一端、Rll的另一端与地GNDT 连接，RlO和Rll为消光比调节电阻。
其中，光接收机包括限幅放大芯片U2，光接收芯片PIN-TIA，电阻R20、R21、R24、 R25、R27,电容 C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C32、C34，电感 L4、L5、 L6 ；U2的具体型号为UX2109, PIN-TIA的1脚、C34的一端与L6的一端连接，PIN-TIA的3 脚、C20的一端、R20的一端与C21的一端连接，PIN-TIA的2脚、C20的另一端、R20的另一端与C22的一端连接，C21的另一端与U2的4脚连接，C22的另一端与U2的5脚连接，L6 的另一端、C32的一端、C30的一端、C28的一端、C27的一端、L5的一端、L4的一端、U2的14 脚与电源VCCR连接，C30的另一端与U2的7脚连接，L5的另一端、C29的一端与U2的6脚连接，C23连接在U2的1脚与2脚之间，U2的16脚与R21的一端连接，U2的15脚与C24 的一端连接，L4的另一端与SFP-2X10的15脚连接，U2的13脚、R24的一端与C25的一端连接，C25的另一端与SFP-2X10的13脚连接，U2的12脚、R25的一端与C26的一端连接， C26的另一端与SFP-2X10的12脚连接，SFP-2X10的8脚与R27的一端连接，R27的另一端、 U2的8脚与U2的9脚连接，PIN-TIA的4脚、C34的另一端、C32的另一端、C28的另一端、 C27的另一端、C29的另一端、R21的另一端、C24的另一端、R24的另一端、R25的另一端与地GNDR连接。还包括存储芯片U3，U3的具体型号为AT24C02，U3的5脚与SFP-2X10的4脚连接，U3的6脚与SFP-2X10的5脚连接，U3的1脚、2脚、3脚、4脚、7脚与地GNDT连接，U3 的8脚与电源VCCT连接。AT24C02为串行E2PR0M，其基于I2C总线的存储器件，遵循二线制协议，用来存储光模块的相关信息数据。其中，光接收组件包括光电探测器和将光电探测器输出的电流信号进行放大处理的跨阻放大器。其中，光电探测器为高速硅光电二极管。其中，发光器芯片为共振腔发光二极管。其中，发光器芯片为导体激光二极管。其中，光接收组件为采用带球透镜T0-46封装形式的光接收组件，光发射组件为采用带球透镜T0-46或带球透镜T0-56封装形式的光发射组件。本实用新型有益效果一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，包括光接收机和光发射机，光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器，光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器，光发射组件驱动器具有自动功率控制电路，光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片，自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路。当光发射组件驱动器驱动光发射组件发光时，光发射组件的背光检测光电二极管实时监测发光器芯片的发光强度，并转换成相应大小的光电流输入到光发射组件驱动器的自动功率控制电路，光发射组件驱动器实时调整输出的调制电流和偏置电流，从而稳定光发射组件的发射光功率。本技术方案的光发射组件驱动器具有自动功率控制电路，故可以实现发射光功率的高度稳定，且光模块使用了 SFP光模块接口，故可以实现带电热插拔功能。
图1为本实用新型的电路图。
具体实施方式
实施例一本实施例的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块包括光接收机和光发射机，小型可热插拔收发合一光模块还包括符合SFP多源协议的SFP光模块接口，光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器，光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器，光发射组件驱动器具有自动功率控制电路，光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片，自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路，光接收机和光发射机均与SFP光模块接口连接；当光发射组件驱动器驱动光发射组件发光时，光发射组件的背光检测光电二极管实时监测发光器芯片的发光强度，并转换成相应大小的光电流输入到光发射组件驱动器的自动功率控制电路， 光发射组件驱动器实时调整输出的调制电流和偏置电流，从而稳定光发射组件的发射光功率。本技术方案采用工作波长在可见光波段的光发射组件和光接收组件，使得小型可热插拔收发合一光模块可以应用于塑料光纤通信系统设备，可见光波段包括但不限于波长 650nm和520nm。光发射机将待发射的电信号转换为光信号通过光纤传送出去，光接收机将光纤远端传来的光信号还原为电信号送给信号处理芯片。光发射机的光发射组件驱动器将待发射的正发射极耦合逻辑(Positive Emitter Coupled Logic,PECL)电平信号进行放大处理后，驱动光发射组件发光，以发射信号。本实用新型的光模块具备SFP (Small Form-factor Pluggable)光模块接口，符合 SFP多源协议(MultiSource Agreement, MSA)，因此具备通用的接口标准，可广泛用于现有的光纤通信设备，而不必重新设计光纤通信系统设备的印刷电路板，有利于塑料光纤通信的推广普及。当光模块发生故障时，在不用断开设备的电源情况下，可以直接将有故障的光模块从设备上面拔下来，换上新的光模块，实现光模块的带电热插拔，大大减少设备的维护时间，提高设备维护的效费比。本实用新型的光模块使用SFP光模块接口，可采用SFP锌合金压铸外壳封装形式， 比现在的 1X9 和 GBIC (Giga Bitrate Interface Converter, GBIC)封装光模块的体积缩小了一倍；因此，可以使设备的接口容量在相同设备体积的条件下增加一倍。本实用新型的光模块的光发射组件驱动器具有自动功率控制(Auto Power Control, APC)电路，自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路，光发射组件驱动器根据背光检测光电二极管实时检测的光电流，实时调整输出的调制电流和偏置
6电流，故可以实现发射光功率的高度稳定。本 实施例中，光发射组件驱动器包括自动功率控制电路，光发射组件驱动器还可以包括信号放大电路、驱动电路等，光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片，光发射组件驱动器的自动功率控制(Auto Power Control, APC)电路和光发射组件的背光检测光电二极管组成一个闭环回路，当光发射组件驱动器驱动光发射组件发光时，光发射组件的背光检测光电二极管实时监测发光器芯片的发光强度，并转换成相应大小的光电流输入到光发射组件驱动器的自动功率控制电路，光发射组件驱动器实时调整输出的调制电流和偏置电流，从而稳定光发射组件的发射光功率。通过光发射组件驱动器的自动功率控制电路，可以保证发射光功率的高度稳定，从而大大减少因为光功率波动而产生的误码，提高塑料光纤通信系统的可靠性。本实施例中，发光器芯片可以为半导体激光二极管(Laser Diode)。半导体激光二极管与共振腔发光二极管(Resonant Cavity Light Emitting Diodes)相比，具有更高的调制速度，可以达到2. 5Gbps以上，而且具有更窄的发射谱线，传输色散影响会更小；发射光斑更小，有利于光功率的耦合。可以有效增加通信传输距离。作为另一个优选实施方式，发光器芯片可以为共振腔发光二极管，其具有垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)特性，阈值电流很低， 速度较快，可以达到1.25Gbps，成本较低。需要说明的是，除共振腔发光二极管和半导体激光二极管外，本实用新型还可以使用其它可以发射波长在可见光波段的光发射组件。光接收机包括限幅放大器(Limiting Amplifier, LA)和光接收组件(Receiver Optical Subassembly, R0SA)，光接收组件将输入的光信号转换为电信号输出，限幅放大器将从光接收组件接收到的电信号进行限幅放大后输出。当限幅放大器接收到的电压信号低于预先设定的阈值时，限幅放大器的告警信号输出端输出告警信号，表示光纤中没有光信号传输。本实施例中，光接收组件包括跨阻放大器(Transimpedance Amplifiers, TIA) 和光电探测器，可以使用集成跨阻放大器和光电探测器的光接收组件(Receiver Optical Subassembly，R0SA)，其具有高灵敏度、高可靠性的特点，灵敏度在650nm波长155Mbps速率下可达到_29dBm，达到了国际先进水平。跨阻放大器将光电探测器输出的电流信号转换为电压信号，然后进行放大、自动增益调节后输出给限幅放大器。本实施例中，光电探测器为高速、大面积、低结电容的高速硅光电二极管，硅光电二极管对于可见光有较高的响应度，可以有效接收由塑料光纤传输过来的大光斑光信号；硅光电二极管与跨阻放大器结合，可以将探测到的微弱的光信号转换为光电流并加以放大成电压信号。需要说明的是，除硅光电二极管外，本实用新型还可以使用其它的光电探测器。本实施中，光接收组件为采用带球透镜T0-46封装形式的光接收组件，光发射组件为采用带球透镜T0-46或带球透镜T0-56封装形式的光发射组件。需要说明的是，本实用新型还可以使用其它的封装形式。小型可热插拔收发合一光模块的工作原理如下当光发射机接收到PECL电平信号时，经过光发射组件驱动器缓冲放大，驱动光发射组件发光，光信号在塑料光纤中传输； 当由塑料光纤传输的光信号入射到光接收机时，光接收组件中的光电探测器将接收到的光信号转换为光电流信号后输出给跨阻放大器，跨阻放大器将上述微弱的光电流信号转换为电压信号，并放大调整后输出给限幅放大器，限幅放大器将跨阻放大器输出的电压信号进行限幅放大后输出。为避免电源对光发射组件驱动器和限幅放大器等元器件的噪声干扰， 电源与光模块之间可以连接电源滤波网络，以对干扰信号进行滤波处理。实施例二参见图1。本实施例中，SFP光模块接口的具体型号为SFP-2X10 ；光发射机包括具有半导体激光二极管和背光检测光电二极管的光发射芯片LD，驱动芯片U1，电阻R1、R2、 R4、R5、R6、R7、R10、R11、R13、R14、R15、R16、R17、R18，电容 Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C8、CIO、 C11、C12、C13、C14、C15，电感 L1、L2、L3 ；Ul 的具体型号为 UX2211, LD 的 3 脚、C6 的一端与 Ul的18脚连接，LD的2脚、R17的一端、L3的一端与R16的一端连接，LD的4脚、R15的一端、L2的一端与R18的一端连接，R17的另一端与C5的一端连接，L3的一端与Ul的13脚连接，R16的另一端与C4的一端连接，C4的另一端、R14的一端与Ul的16脚连接，R15的另一端与C3的一端连接，C3的另一端、R13的一端与Ul的15脚连接，R13的另一端、L2的另一端、R18的另一端、R14的另一端、C15的一端、ClO的一端、Cll的一端、C12的一端、C13 的一端、C14的一端、Ll的一端、Ul的2脚、Ul的5脚、Ul的14脚、Ul的17脚与电源VCCT 连接，Ll的另一端与SFP-2X10的16脚连接，C8连接在Ul的19脚与20脚之间，Rl的一端、 Cl的一端与Ul的3脚连接，Cl的另一端与SFP-2X10的18脚连接，Rl的另一端、C2的一端与Ul的4脚连接，C2的另一端与SFP-2X10的19脚连接，Ul的24脚与R5的一端连接， Ul的1脚与R4的一端连接，Ul的22脚与R2的一端连接，Ul的7脚与R6的一端连接，Ul 的8脚与R7的一端连接，SFP-2X10的2脚与Ul的11脚连接，SFP-2X10的3脚与Ul的6 脚连接，RlO的一端、Rll的一端与Ul的21脚连接，C6的另一端、LD的1脚、C5的另一端、 C15的另一端、ClO的另一端、Cll的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、R2 的另一端、R4的另一端、R5的另一端、R6的另一端、R7的另一端、RlO的另一端、Rll的另一端与地GNDT连接，RlO和Rll为消光比调节电阻。光发射芯片LD及其外围电路构成光发射组件，驱动芯片UX2211及其外围电路构成光发射组件驱动器。具有半导体激光二极管和背光检测光电二极管的光发射芯片LD为市售芯片，这里不赘述其内部结构，本实用新型并不限定其具体型号，只要能达到本实用新型目的即可。SFP光模块接口的具体型号为SFP-2X10。驱动芯片Ul的具体型号为UX2211， 该驱动芯片具有自动功率控制电路，还具有温度补偿电路、调制电流补偿电路等，这里不赘述其工作原理；当然也可以使用可以实现同等功能的其它型号的驱动芯片；市面上有集成有自动功率控制电路的其它型号的驱动芯片出售，本领域普通技术人员可以选择使用。本领域普通技术人员理解本技术方案的原理后，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，均属于本实用新型保护的范围。UX2211芯片各个引脚的定义如表一所示
权利要求1.一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，包括光接收机和光发射机， 其特征在于光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器，光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器，光发射组件驱动器具有自动功率控制电路，光发射组件包括背光检测光电二极管和发光器芯片，自动功率控制电路和背光检测光电二极管组成一个闭环回路。
2.根据权利要求1所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于所述小型可热插拔收发合一光模块还包括符合SFP多源协议的SFP光模块接口，光接收机和光发射机均与SFP光模块接口连接。
3.根据权利要求2所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于所述SFP光模块接口的具体型号为SFP-2X10 ；所述光发射机包括具有半导体激光二极管和背光检测光电二极管的光发射芯片LD，驱动芯片Ul，电阻Rl、R2、R4、R5、R6、R7、R10、 R11、R13、R14、R15、R16、R17、R18，电容 Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C8、CIO、Cll、C12、C13、C14、 C15，电感Li、L2、L3 ；Ul的具体型号为UX2211，LD的3脚、C6的一端与Ul的18脚连接， LD的2脚、R17的一端、L3的一端与R16的一端连接，LD的4脚与R15的一端、L2的一端、 R18的一端连接，R17的另一端与C5的一端连接，L3的一端与Ul的13脚连接，R16的另一端与C4的一端连接，C4的另一端、R14的一端与Ul的16脚连接，R15的另一端与C3的一端连接，C3的另一端、R13的一端与Ul的15脚连接，R13的另一端、L2的另一端、R18的另一端、R14的另一端、C15的一端、ClO的一端、Cll的一端、C12的一端、C13的一端、C14的一端、Ll的一端、Ul的2脚、Ul的5脚、Ul的14脚、Ul的17脚与电源VCCT连接，Ll的另一端与SFP-2X10的16脚连接，C8连接在Ul的19脚与20脚之间，Rl的一端、Cl的一端与 Ul的3脚连接，Cl的另一端与SFP-2X10的18脚连接，Rl的另一端、C2的一端与Ul的4脚连接，C2的另一端与SFP-2X10的19脚连接，Ul的M脚与R5的一端连接，Ul的1脚与R4 的一端连接，Ul的22脚与R2的一端连接，Ul的7脚与R6的一端连接，Ul的8脚与R7的一端连接，SFP-2X10的2脚与Ul的11脚连接，SFP-2X10的3脚与Ul的6脚连接，RlO的一端、Rll的一端与Ul的21脚连接，C6的另一端、LD的1脚、C5的另一端、C15的另一端、 ClO的另一端、Cll的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、R2的另一端、R4 的另一端、R5的另一端、R6的另一端、R7的另一端、RlO的另一端、Rll的另一端与地GNDT 连接，RlO和Rll为消光比调节电阻。
4.根据权利要求3所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于所述光接收机包括限幅放大芯片U2，光接收芯片PIN-TIA，电阻1 20、1 21、1 24、1 25、1 27， 电容 C20、C21、C22、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C32、C34,电感 L4、L5、L6 ；U2 的具体型号为UX2109,PIN-TIA的1脚、C34的一端与L6的一端连接，PIN-TIA的3脚、C20的一端、R20的一端与C21的一端连接，PIN-TIA的2脚、C20的另一端、R20的另一端与C22 的一端连接，C21的另一端与U2的4脚连接，C22的另一端与U2的5脚连接，L6的另一端、 C32的一端、C30的一端、以8的一端、C27的一端、L5的一端、L4的一端、U2的14脚与电源 VCCR连接，C30的另一端与U2的7脚连接，L5的另一端、以9的一端与U2的6脚连接，C23 连接在U2的1脚与2脚之间，U2的16脚与R21的一端连接，U2的15脚与C24的一端连接，L4的另一端与SFP-2X10的15脚连接，U2的13脚、R24的一端与C25的一端连接，C25的另一端与SFP-2X10的13脚连接，U2的12脚、R25的一端与C26的一端连接，C26的另一端与SFP-2X10的12脚连接，SFP-2X10的8脚与R27的一端连接，R27的另一端、U2的8脚与U2的9脚连接，PIN-TIA的4脚、C34的另一端、C32的另一端、C28的另一端、C27的另一端、C29的另一端、R21的另一端、C24的另一端、R24的另一端、R25的另一端与地GNDR连接。
5.根据权利要求4所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于还包括存储芯片U3，U3的具体型号为AT24C02，U3的5脚与SFP-2X10的4脚连接，U3 的6脚与SFP-2X10的5脚连接，U3的1脚、2脚、3脚、4脚、7脚与地GNDT连接，U3的8脚与电源VCCT连接。
6.根据权利要求1所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于所述光接收组件包括光电探测器和将光电探测器输出的电流信号进行放大处理的跨阻放大器。
7.根据权利要求6所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于，所述光电探测器为高速硅光电二极管。
8.根据权利要求1所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于，所述发光器芯片为共振腔发光二极管。
9.根据权利要求1所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于，所述发光器芯片为半导体激光二极管。
10.根据权利要求1所述的塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块，其特征在于，所述光接收组件为采用带球透镜T0-46封装形式的光接收组件，所述光发射组件为采用带球透镜T0-46或带球透镜TO-56封装形式的光发射组件。
专利摘要本实用新型公开了一种塑料光纤通信用的小型可热插拔收发合一光模块；小型可热插拔收发合一光模块包括光接收机和光发射机，光接收机包括将输入的波长在可见光波段的光信号转换为电信号的光接收组件和将光接收组件输出的电信号进行限幅放大的限幅放大器，光发射机包括工作在可见光波段的光发射组件和用于驱动光发射组件发光的光发射组件驱动器，光发射组件驱动器具有自动功率控制电路；本技术方案的光发射组件驱动器具有自动功率控制电路，可以实现发射光功率的高度稳定。
文档编号H04B10/24GK202077032SQ20112009597
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者王自和 申请人:东莞市一普实业有限公司