一种光模块的制作方法

本申请涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。

背景技术：

在云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式，均会用到光通信技术。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。并且随着5g网络的快速发展，处于光通信核心位置的光模块得到了长足的发展。其中，对于光模块的信号发射，可以采用vcsel(verticalcavitysurfaceemittinglaser，垂直共振腔表面放射激光)、eml(electlro-absorptionmodulatedlaser，电吸收调制激光器)等类型的信号发射方式。

对于eml的信号发射方式，由于eml封装工艺、实现方法等要求，用于光功率监控的mpd(背光探测器)电流一般都是采用负电压的方式。具体的，mpd是工作在反向偏置的条件下，mpd的阴极与gnd连接，而阳极则作为对外输出管脚，进而阳极输出的电压便是负压。然而mcu只能对正电压进行采样，若将mpd阳极输出的负压直接给mcu，将至使mcu无法进行eml光功率的采样、监控。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种光模块，用于实现mcu对eml中的mpd的采样和监控。

第一方面，本申请提供的一种光模块，包括：

电路板；

光发射组件，与所述电路板电连接，用于产生光信号和背光；

mcu，设置在所述电路板上，用于监控所述光信号的功率；

背光探测器，负极电势高于正极电势，接收所述背光，从正极输出负向光电流；

反向电路，设置在所述电路板上，连接所述背光探测器的正极和所述mcu，用于向所述mcu提供正向采样电压；

所述反向电路包括：

分压器件，输入端连接所述背光探测器的正极，输出端连接负压源，所述背光探测器正极的电势高于所述负压源的电势；

第一放大倍数调节器件，第一端连接所述分压器件的输入端；

第二放大倍数调节器件，第一端连接所述分压器件的输出端；

运算放大器，同向输入端连接所述第一放大倍数调节器件的第二端，反向输入端连接所述第二放大倍数调节器件的第二端，输出端连接所述mcu，所述输出端提供所述正向采样电压。

第二方面，本申请提供的一种光模块，包括：

电路板；

光发射组件，与所述电路板电连接，用于产生光信号和背光；

mcu，设置在所述电路板上，用于光信号采样和监控；

背光探测器，负极电势高于正极电势，接收所述背光，从正极输出负向光电流；

反向电路，设置在所述电路板上，连接所述背光探测器的正极和所述mcu，用于向所述mcu提供正向采样电压；

所述反向电路包括：

分压器件，输入端连接所述背光探测器的正极，输出端连接负压源，所述背光探测器正极的电势高于所述负压源的电势；

第二电阻，输入端连接所述分压器件的输入端；

第三电阻，输入端连接所述分压器件的输出端，所述第三电阻和第二电阻的阻值大于所述分压器件的阻值，避免所述第三电阻和第二电阻分压；

运算放大器，同向输入端连接所述第二电阻的输出端，反向输入端连接所述第三电阻的输出端，输出端连接所述mcu，所述输出端提供所述正向采样电压。

本申请提供的光模块，包括电路板、光发射组件、mcu、背光探测器和反向电路。背光探测器接负极电势高于正极电势，背光探测器收光发射组件的背光，从正极输出负向光电流。反向电路中包括分压器件、第一放大倍数调节器件、第二放大倍数调节器件和运算放大器。分压器件的输入端连接背光探测器的正极，分压器件的输出端连接负压源，背光探测器的正极的电势高于负压源的电势，背光探测器正极输出负向光电流从分压器件流过。

同时，分压器件的输入端通过第一放大倍数调节器件连接运算放大器的正向输入端，分压器件的输出端通过第二放大倍数调节器件连接运算放大器的反向输入端，实现将分压器件输入端的电势输入至运算放大器的正向输入端、分压器件输出端的电势输入至运算放大器的反向输入端，分压器件输入端的电势高于分压器件输出端的电势。结合第一放大倍数调节器件和第二放大倍数调节器件，运算放大器根据分压器件输入端和分压器件输出端的压差输出正向电压，将正电压输送至mcu，mcu接收该正向电压完成光信号的采样和监控，进而完成向mcu提供正向采样电压。因此，本申请提供的光模块，mcu通过反向电路实现背光探测器输出负向电流情况下的采样，实现对光信号功率的监控，解决了背光探测器正极输出的负电流无法被mcu直接采样监控的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为光通信终端连接关系示意图；

图2为光网络单元结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光模块结构示意图；

图4为本申请实施例提供光模块分解结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种电路板的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的光发射组件的内部结构原理图；

图7为本申请实施例提供的一种电路板的局部结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一种反向电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

光纤通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光纤通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、i2c信号、数据信号以及接地等；采用金手指实现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。

图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；

光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。

光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。

光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。

至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。

常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。

图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。

笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。

图3为本申请实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图4所示，本申请实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、电路板203、解锁手柄204、光发射组件205和光接收组件206。

上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。

两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(208、209)，也可以是在不同方向上的两处开口；其中一个开口为电口208，电路板的金手指从电口208伸出，插入光网络单元等上位机中；另一个开口为光口209，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射组件205和光接收组件206；电路板203、光发射组件205和光接收组件206等光电器件位于包裹腔体中。

采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板203、光发射组件205和光接收组件206等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。

解锁手柄204位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。

解锁手柄204具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁手柄的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁手柄，解锁手柄的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。

光发射组件205和光接收组件206，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。光发射组件205和光接收组件206也可以结合在一起形成光收发一体结构。

电路板203上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、mos管)及芯片(如微处理器mcu、激光驱动芯片、限幅放大器、时钟数据恢复cdr、电源管理芯片、数据处理芯片dsp)等。

电路板203通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。

电路板203一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光发射组件205和光接收组件206位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。

部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。

图5为本申请实施例提供的一种电路板203的俯视图。如图5所示，电路板203上包括mcu30和反向电路40，mcu30通过反向电路40连接光发射组件205，用于进行光发射组件205发射光信号功率的监控。反向电路40的电路中包括分压器件、电阻和运算放大器，分压器件、电阻和运算放大器组合向mcu30输送正向采样电压，使mcu30对光发射组件205发射光信号功率进行监控。

图6为本申请实施例提供的一种光发射组件的内部结构原理图。如图6所示，光发射组件205内包括ld(laserdiode，半导体激光器芯片)、eam(electroabsorptionmodulator，电吸收调制器)、tec(thermoelectriccooler，热电制冷器)和mpd等。mpd采集ld产生光信号，并将采集到的光信号转化为光电流，该光电流可用于反应ld的发射功率。

但在本申请实施例提供的光模块中，若是mpd采用正接电流的方式导通，将会产生较大的导通电流，而用于采集ld光信号产生的光电流比较小，容易造成光电流淹没在导通电流中无法用于ld光功率的监测。在申请实施例中，为了提高mpd监测产生信号的抗干扰能力，采用mpd反接，即pd-引脚不与ld+引脚连接在一起，将pd-引脚与gnd(电线接地端)引脚相连接。如图6所示，mpd的pd+引脚为独立管脚，pd-引脚会接到gnd。如此，在mpd需要工作在反向偏置的前提下，pd+引脚输出的电流只能流向负电压，而不能输出正电压，然而mcu30均只能对正电压进行采样，因此若是将pd+引脚直接连接mcu，mcu无法对输入至其的负电压进行采样，进而mcu30无法完成对光发射组件中ld的监测。在本申请实施例中，为实现mcu通过pd+引脚对eml中ld的监控，本申请实施例提供的光模块中设置反向电路40。进而，本申请实施例提供的光模块，通过电阻与运算放大器的组合形式的反向电路40实现mcu30从mpd正极进行采样监测。

图7为本申请实施例提供电路板203的局部结构示意图。如图7所示，电路板203上反向电路包括分压器件401、第二电阻402、第三电阻403和运算放大器404。其中，分压器件401的输入端连接mpd的正极，输出端连接负压源41；第二电阻402的输入端连接分压器件401的输入端，第二电阻402的输出端连接运算放大器404的同向输入端；第三电阻403的输入端连接分压器件401的输出端，第三电阻403的输出端连接运算放大器404的反向输入端；运算放大器404的正电源输入端连接正电压源，负电源输入端连接负电压源，输出端连接mcu30。运算放大器404的输出端连接mcu30的adc引脚。

分压器件401的输入端连接背光探测器的正极，分压器件401的输出端连接负压源，背光探测器的正极的电势高于负压源41的电势，背光探测器正极输出负向光电流从分压器件401流过。在本实施例中，第二电阻402和第三电阻403的阻值远大于分压器件401的阻值，避免第二电阻402和第三电阻403分流，保证mpd输出的光电流全部从分压器件401上流过。如，分压器件401的阻值为几ω时，第二电阻402和第三电阻403的阻值要达到上千ω。运算放大器404的同向输入端通过同向输入引脚输入分压器件401输入端的电势，运算放大器404的反向输入端通过反向输入引脚输入分压器件401输出端的电势。由于分压器件401的输入端连接mpd的正极，mpd的负极接地，而分压器件401的输出端连接负压源，因此分压器件401输入端的电势高于分压器件401输出端的的电势。因此，运算放大器404根据接收到分压器件401输入端的电势和分压器件401输出端的电势之间的压差，输出正向电压。该正向电压可直接输送至mcu30，并使mcu30完成采样。因此，本申请实施例中，mcu30通过反向电路40实现mpd输出负向电流情况下的采样。

分压器件401为分压器或电阻。可选的，分压器件401包括第一电阻。第一电阻的输入端连接背光探测器的正极，第一电阻的输出端连接负压源。第二电阻402和第三电阻403的阻值远大于第一电阻的阻值。如，第一电阻的阻值为几ω，第二电阻402和第三电阻403的阻值要达到上千ω。

在本申请实施中，光发射组件205中的ea工作需要提供负压向其供电，因此需要负压源向ea提供负压。因此，考虑控制光发射组件205的管脚数量，ea的负压供电与pd+可共用引脚。

通常mpd采集光信号产生的光电流比较小,则分压器件401两端的压差将比较小，为便于mcu30的采样，本申请实施例通过反向电路40输出正向电压时，还进行正向电压的放大，如放大100倍等。

为实现反向电路40的放大，如图7所示，本申请实施例中反向电路40还包括第四电阻405和第五电阻406。第四电阻405的一端串联于第二电阻402的输出端与运算放大器404的同向输入端之间，第四电阻405的另一端与电线接地端连接，即第四电阻405的另一端接地，第二电阻402与第四电阻405组合形成第一放大倍数调节器件。第五电阻406的一端串联于第三电阻403的输出端与运算放大器404的反向输入端之间，第五电阻406的另一端连接运算放大器404的输出端，第三电阻403和第五电阻406组合形成第二放大倍数调节器件。

分压器件401的输入端通过第一放大倍数调节器件连接运算放大器404的正向输入端，分压器件401的输出端通过第二放大倍数调节器件连接运算放大器404的反向输入端，实现将分压器件401输入端的电势输入至运算放大器404的正向输入端、分压器件401输出端的电势输入至运算放大器404的反向输入端。通过第一放大倍数调节器件和第二放大倍数调节器件，实现运算放大器404放大倍数的调节与控制。进而运算放大器404分压器件输入端和分压器件输出端的压差放大输出。

假设，第四电阻405/第二电阻402的比值大小为100、第五电阻406/第三电阻403的比值大小为100，则运算放大器404输出电压为分压器件401输入端与输出端压差的100倍。可选的，第二电阻402的阻值等于第三电阻403的阻值，第四电阻405的阻值等于第五电阻406。可选的，在本申请实施例中，第二电阻402和第三电阻403为几k级电阻，第四电阻405和第五电阻406为百k级电阻。第一放大倍数调节器件和第二放大倍数调节器件还可以为电阻与电容的组合形式。

在本申请实施例提供的反向电路40还包括第一电容，第一电容的一端串联于运算放大器404的正电源输入端和正电压源之间，第一电容的另一端与电线接地端连接。第一电容用于正电压源向运算放大器404供电时的滤波，保证运算放大器工作质量。

在本申请实施例提供的反向电路40还包括第二电容，第二电容的一端串联于运算放大器404的输出端与mcu30之间，第二电容的另一端与电线接地端连接。第二电容用于滤除运算放大器输出正向电压的杂质，保证运算放大器向mcu30输入正向电压的质量。

下面结合具体实例对本申请实施例提供的反向放大电路进行详细描述。

图8为本申请实施例提供的一种反向电路40的电路图。如图8所示，在本申请实施例提供的光模块中，反向电路40包括第一电阻4011(r1)、第二电阻402(r2)、第三电阻403(r3)、运算放大器404、第四电阻405(r4)、第五电阻406(r5)、第一电容407和第二电容408。

第一电阻4011的输入端连接pd+引脚，第一电阻4011的输出端连接负压源41。mpd采集ld光信号产生的光电流，光电流通过pd+引脚传输至第一电阻4011，然后光电流经第一电阻4011传输至负电压源，光电流在第一电阻4011的输入端和输出端之间产生压差。

mpd根据接收到的光信号产生光电流大小为i，第一电阻4011的大小为r，则第一电阻4011两端的电压u＝ir。在本申请实施例中，第一电阻4011的大小可根据需要进行选择，如10ω等。通常pd根据接收到的光信号产生光电流非常小，如100ua。

第二电阻402的输入端连接第一电阻4011的输入端，第二电阻402的输出端连接运算放大器404的同向输入端。第四电阻405的一端串联于第二电阻402的输出端与运算放大器404的同向输入端之间，第四电阻405的另一端与电线接地端连接。第二电阻402与第四电阻405组合形成第一放大倍数调节器件42。

第三电阻403的输入端连接第一电阻4011的输出端，第三电阻403的输出端连接运算放大器404的反向输入端。第五电阻406的一端串联于第三电阻403的输出端与运算放大器404的反向输入端之间，第五电阻406的另一端连接运算放大器404的输出端。第三电阻403和第五电阻406组合形成第二放大倍数调节器件43。

算放大器404的正电源输入端连接正电压源，负电源输入端连接负电压源，输入端连接mcu。第一放大倍数调节器件42和第二放大倍数调节器件43可实现运算放大器404放大倍数的控制。

第一电容407的一端串联于运算放大器404的正电源输入端和正电压源之间，第一电容407的另一端与电线接地端连接。第二电容408的一端串联于运算放大器404的输出端与mcu之间，第二电容408的另一端与电线接地端连接。

本实施中运算放大器404的使用原理如下：

根据运放的虚短和虚断可知

vin+＝vin-，iin+＝iin-＝0(1)

r4/r2＝r5/r3＝k(2)

(vpd+-vin+)/r2＝vin+/r4(3)

根据式(2)简化如下

k*vpd+＝(k+1)*vin+(4)

(vcc_-3v3-vin-)/r3＝(vin--vmpd)/r5(5)

根据式(2)简化如下

k*vcc_-3v3＝(k+1)*vin—vmpd(6)

用式(4)左边减去式(6)左边，式(4)右边减去式(6)右边，等式仍成立

k*(vpd+-vcc_-3v3)＝(k+1)*vin+-(k+1)*vin-+vmpd(7)

根据式(1)，将式(7)简化如下

k*(vpd+-vcc_-3v3)＝vmpd(8)

可得，vmpd＝(r4/r2)*ipd*r1

进而，vmpd输出为r1两端压差的放大值，放大倍数为r4/r2的比值。

假设，mpd产生的光电流的大小为100ua、第一电阻4011的阻值为10ω以及第四电阻405/第二电阻402的比值大小100，则可获得第一电阻4011输入端和输出端的压差为1mv，通过运算放大器404压差被放大100倍后输出0.1v正向电压，则输送至mcu的采样电压为0.1v，如图7所示，vmpd输送至mcu，进而mcu可以通过pd+引脚进行光发射组件中ld的采样监控。

因此，本申请提供的光模块中，第一电阻4011的输入端连接mpd的正极，第一电阻4011的输出端连接负压源41；同时，第一电阻4011的输入端通过第一放大倍数调节器件42连接运算放大器404的正向输入端，第一电阻4011的输出端通过第二放大倍数调节器件43连接运算放大器404的反向输入端，实现将第一电阻4011输入端的电势输入至运算放大器404的正向输入端、第一电阻4011输出端的电势输入至运算放大器404的反向输入端，第一电阻4011输入端的电势高于第一电阻4011输出端的电势，运算放大器404根据第一电阻4011输入端和第一电阻4011输出端的压差输出正向电压，将正向电压输送至mcu，mcu接收该正向电压完成光信号的采样和监控。因此，本申请实施例提供的光模块，mcu通过反向电路实现背光探测器输出负向电流情况下的采样。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。