一种光模块的制作方法

1.本技术涉及通信技术领域，尤其涉及一种光模块。


背景技术：

2.随数据业务的发展iptv(internet protocol television，交互式网络电视)和高清视频业务正在呈指数级增长，gpon(gigabit-capable passive optical network，吉比特无源光纤网络)光模块传输带宽的效率有限，xgspon(10-gigabit-capable passive opticalnetwork，10吉比特对称无源光纤网络)olt(optical line terminal，光线路终端)光模块的应用需求受到更多的关注。
3.而作为满足gpon向xgspon平滑升级共存需求而开发的xgspon olt与gpon olt合一的 combo(光电复用)光收发一体模块，很好的解决了当前需求。该combo光模块产品传输xgspon 下行与gpon下行业务。但gpon上行端的接收灵敏度较低。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种光模块，提高接收灵敏度。
5.一种光模块，包括：
6.电路板；
7.光接收组件，与电路板连接，用于接收光信号；
8.光接收组件内设置有光电探测器和跨阻放大器；
9.光电探测器，与跨阻放大器的输入管脚连接，用于将接收到的光信号转化为电流信号；
10.跨阻放大器，用于将电流信号转化为电压信号，以便于信号幅度检测；
11.电路板上设置有供电电路和限幅放大器；
12.供电电路，包括供电电源和稳压电路，用于为限幅放大器提供稳定的供电电压；
13.供电电源提供第一供电电压，所述第一供电电压不稳定；
14.稳压电路，输入管脚与供电电源连接，用于将第一供电电压变为第二供电电压，所述第二供电电压稳定；
15.限幅放大器，第一输入管脚与跨阻放大器的输出管脚差分连接，第二输入管脚与供电电路连接，包括sd门限电路、信号幅度检测电路和sd比较器；
16.sd门限电路，输入管脚与第二输入管脚连接，用于为sd比较器提供一个sd门限，其中， sd门限在第一供电电压下保持不变；
17.信号幅度检测电路，输入管脚与第一输入管脚差分连接，用于获取输入至限幅放大器的第一输入管脚的电压信号幅度；
18.sd比较器，正向输入管脚与sd门限电路的输出管脚连接，反向输入管脚与信号幅度检测电路的输出管脚连接，用于比较电压信号幅度与sd门限以控制输出sd信号，以关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电。
19.有益效果：本技术提供了一种光模块，包括电路板和与电路板连接的光接收组件。光接收组件用于接收光信号。光接收组件内设置有光电探测器和跨阻放大器。光电探测器，与跨阻放大器的输入管脚连接，用于将接收到的光信号转化为电流信号。跨阻放大器，用于将电流信号转化为电压信号，以便于信号幅度检测。电路板上设置有供电电路和限幅放大器。供电电路，包括供电电源和稳压电路，用于为限幅放大器提供稳定的供电电压。由于供电电源提供第一供电电压，第一供电电压不稳定。因此，在供电电路中设计一个稳压电路。稳压电路，输入管脚与供电电源连接，用于将第一供电电压变为第二供电电压，第二供电电压稳定。限幅放大器，第一输入管脚与跨阻放大器的输出管脚差分连接，第二输入管脚与供电电路连接，包括sd门限电路、信号幅度检测电路和sd比较器。sd门限电路，输入管脚与第二输入管脚连接，用于为sd比较器提供一个sd门限，其中，sd门限在第一供电电压下保持不变。信号幅度检测电路，输入管脚与第一输入管脚差分连接，用于获取输入至限幅放大器的第一输入管脚的电压信号幅度。sd比较器，正向输入管脚与sd门限电路的输出管脚连接，反向输入管脚与信号幅度检测电路的输出管脚连接，用于比较电压信号幅度与sd门限，以控制输出sd信号，进而关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电。关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电，使输入至限幅放大器的第一输入管脚的信号不被放掉，以供限幅放大器进行限幅放大。稳压电路可使第一供电电压变为第二供电电压，以提供给sd 门限电路。在第二供电电压下，sd门限电路为sd比较器提供一个在第一供电电压下保持不变的sd门限。由于sd门限的稳定性，不影响小光信号的稳定输出，进而提高接收灵敏度。本技术，在稳定电路和sd门限电路的共同作用下，sd门限在第一供电电压下保持不变，不影响小光信号的稳定输出，进而提高接收灵敏度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的一些实施例，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。
21.图1为根据一些实施例的光通信终端电连接关系示意图；
22.图2为根据一些实施例的光网络终端结构示意图；
23.图3为根据一些实施例提供的一种光模块结构示意图；
24.图4为根据一些实施例提供的一种光模块分解结构示意图；
25.图5为根据一些实施例提供的一种光模块的内部结构示意图；
26.图6为根据一些实施例提供的一种电路板的结构示意图；
27.图7为根据一些实施例提供的电路原理图。
具体实施方式
28.为了使本技术领域的人员更好地理解本公开中的技术方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的
范围。
29.光通信技术中使用光携带待传输的信息，并使携带有信息的光信号通过光纤或光波导等信息传输设备传输至计算机等信息处理设备，以完成信息的传输。由于光信号通过光纤或光波导中传输时具有无源传输特性，因此可以实现低成本、低损耗的信息传输。此外，光纤或光波导等信息传输设备传输的信号是光信号，而计算机等信息处理设备能够识别和处理的信号是电信号，因此为了在光纤或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，需要实现电信号与光信号的相互转换。
30.光模块在光纤通信技术领域中实现上述光信号与电信号的相互转换功能。光模块包括光口和电口，光模块通过光口实现与光纤或光波导等信息传输设备的光通信，通过电口实现与光网络终端(例如，光猫)之间的电连接，电连接主要用于实现供电、i2c信号传输、数据信号传输以及接地等；光网络终端通过网线或无线保真技术(wi-fi)将电信号传输给计算机等信息处理设备。
31.图1为根据一些实施例的光通信系统连接关系图。如图1所示，光通信系统主要包括远端服务器1000、本地信息处理设备2000、光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103；
32.光纤101的一端连接远端服务器1000，另一端通过光模块200与光网络终端100连接。光纤本身可支持远距离信号传输，例如数千米(6千米至8千米)的信号传输，在此基础上如果使用中继器，则理论上可以实现超长距离传输。因此在通常的光通信系统中，远端服务器1000与光网络终端100之间的距离通常可达到数千米、数十千米或数百千米。
33.网线103的一端连接本地信息处理设备2000，另一端连接光网络终端100。本地信息处理设备2000可以为以下设备中的任一种或几种：路由器、交换机、计算机、手机、平板电脑、电视机等。
34.远端服务器1000与光网络终端100之间的物理距离大于本地信息处理设备2000与光网络终端100之间的物理距离。本地信息处理设备2000与远端服务器1000的连接由光纤101 与网线103完成；而光纤101与网线103之间的连接由光模块200和光网络终端100完成。
35.光模块200包括光口和电口。光口被配置为与光纤101连接，从而使得光模块200与光纤101建立双向的光信号连接；电口被配置为接入光网络终端100中，从而使得光模块200 与光网络终端100建立双向的电信号连接。光模块200实现光信号与电信号的相互转换，从而使得光纤101与光网络终端100之间建立连接。示例的，来自光纤101的光信号由光模块 200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200 转换为光信号输入至光纤101中。
36.光网络终端100包括大致呈长方体的壳体(housing)，以及设置在壳体上的光模块接口 102和网线接口104。光模块接口102被配置为接入光模块200，从而使得光网络终端100与光模块200建立双向的电信号连接；网线接口104被配置为接入网线103，从而使得光网络终端100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。示例的，光网络终端100将来自光模块200的电信号传递给网线103，将来自网线103的信号传递给光模块200，因此光网络终端100作为光模块200的上位机，可以监控光模块200的工作。光模块200的上位机除光网络终端100之外还可以包括光线路终端 (optical line terminal，olt)等。
37.远端服务器1000通过光纤101、光模块200、光网络终端100及网线103，与本地信息处理设备2000之间建立了双向的信号传递通道。
38.图2为根据一些实施例的光网络终端结构图，为了清楚地显示光模块200与光网络终端 100的连接关系，图2仅示出了光网络终端100的与光模块200相关的结构。如图2所示，光网络终端100中还包括设置于壳体内的pcb电路板105，设置在pcb电路板105的表面的笼子106，以及设置在笼子106内部的电连接器。电连接器被配置为接入光模块200的电口；散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。
39.光模块200插入光网络终端100的笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200 产生的热量传导给笼子106，然后通过散热器107进行扩散。光模块200插入笼子106中后，光模块200的电口与笼子106内部的电连接器连接，从而光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。此外，光模块200的光口与光纤101连接，从而光模块200与光纤100 建立双向的电信号连接。
40.图3为根据一些实施例提供的一种光模块结构示意图，图4为根据一些实施例提供的一种光模块分解结构示意图。如图3和图4所示，光模块200包括壳体、设置于壳体中的电路板300及光收发组件；
41.壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口204和205的上述壳体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。
42.在一些实施例中，下壳体202包括底板以及位于底板两侧、与底板垂直设置的两个下侧板；上壳体201包括盖板，以及位于盖板两侧与盖板垂直设置的两个上侧板，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。
43.两个开口204和205的连线所在方向可以与光模块200的长度方向一致，也可以与光模块200的长度方向不一致。示例地，开口204位于光模块200的端部(图3的左端)，开口 205也位于光模块200的端部(图3的右端)。或者，开口204位于光模块200的端部，而开口205则位于光模块200的侧部。其中，开口204为电口，电路板300的金手指从电口204 伸出，插入上位机(如光网络终端100)中；开口205为光口，配置为接入外部的光纤101，以使光纤101连接光模块200内部的光收发组件。
44.采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板300、光收发组件等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202可以对这些器件形成封装保护。此外，在装配电路板300等器件时，便于这些器件的定位部件、散热部件以及电磁屏蔽部件的部署，有利于自动化的实施生产。
45.在一些实施例中，上壳体201及下壳体202一般采用金属材料制成，利于实现电磁屏蔽以及散热。
46.在一些实施例中，光模块200还包括位于其壳体外壁的解锁部件203，解锁部件203被配置为实现光模块200与上位机之间的固定连接，或解除光模块200与上位机之间的固定连接。
47.示例地，解锁部件203位于下壳体202的两个下侧板的外壁，包括与上位机的笼子(例如，光网络终端100的笼子106)匹配的卡合部件。当光模块200插入上位机的笼子里，由解锁部件203的卡合部件将光模块200固定在上位机的笼子里；拉动解锁部件203时，解锁部件203的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块200 与
上位机的卡合关系，从而可以将光模块200从上位机的笼子里抽出。
48.电路板300包括电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、mos管)及芯片(如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。
49.电路板300通过电路走线将光模块200中的上述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功能。
50.电路板300一般为硬性电路板，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；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，在本技术公开的某一些实施例中，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。
51.部分光模块中也会使用柔性电路板；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组件之间可以采用柔性电路板连接，作为硬性电路板的补充。
52.如图4所示，在一些实施例中，光收发组件400的一端连接光纤适配器206，光收发组件400产生信号光和接收来自光模块外部的信号光，进而在光模块使用时，光收发组件400 产生的信号光通过光纤适配器206传输至光模块外部，而来自接收来自光模块外部的信号光通过光纤适配器206传输至光收发组件400。
53.如图4所示，在一些实施例中，光收发组件400为一体结构，包括光发射组件410和光接收组件420；光发射组件410和光接收组件420分别通过柔性电路板电连接电路板300。
54.在本技术一些实施例中，图4所示的光模块可为实现xgspon olt与gpon olt合一的combo 光收发一体模块，combo光模块产品下行采用中心波长分别为1577nm和1490nm的eml与dfb 激光器，分别传输xgspon下行与gpon下行业务，上行采用波长位于1260～1280nm的高灵敏度apd探测器，支持9.953gbps和2.488gbps突发工作模式。因此，光发射组件410用于产生实现xgspon和gpon技术传输的1577nm和1490nm波长的信号光；光接收组件420用于接收来自光模块外部实现xgspon和gpon技术传输的1260～1280nm的信号光。
55.光接收组件420内设置有光电探测器和跨阻放大器。具体的，
56.光电探测器，与跨阻放大器的输入管脚电连接，用于将接收到的光信号转换为电流信号。具体的，光电探测器为雪崩光电二极管(apd，avalanche photo diode)。雪崩光电二极管正常工作时，将接收到的光信号转换为电流信号。
57.跨阻放大器(tia，trans-impedance amplifier)，用于将电流信号转换为电压信号，以便于信号幅度检测。具体的，跨阻放大器包括运算放大器。光电探测器输出的电流信号经运算放大器反向输入管脚输入，在运算放大器的作用下，将电流信号转换为电压信号。
58.图5为根据一些实施例提供的一种光模块的内部结构示意图。图6为根据一些实施例提供的一种电路板的结构示意图。图7为根据一些实施例提供的电路原理图。如图5-7所示，电路板300上设置有限幅放大器301、mcu302和供电电路303。具体的，
59.限幅放大器301，第一输入管脚与跨阻放大器的输出管脚差分连接，第二输入管脚与供电电路303连接，第三输入管脚与mcu302连接。
60.mcu302，用于为限幅放大器301提供复位脉冲信号。
61.供电电路303，包括供电电源和稳压电路3031，用于为限幅放大器301提供稳定的供电电压。
62.供电电源提供第一供电电压，第一供电电压不稳定。供电电源提供的第一供电电
压在 3.1v～3.5v之间。
63.稳压电路3031，输入管脚与供电电源连接，输出管脚与限幅放大器301的第二输入管脚连接，用于将第一供电电压变为第二供电电压，第二供电电压稳定。
64.在稳压电路3031的作用下，供电电路输出的第二供电电压为3.0v。
65.稳压电路3031包括串联调整管30311、第一取样电阻30312、第二取样电阻30313、比较放大器30314和二极管30315。具体的，
66.串联调整管30311，输入管脚与供电电源连接，控制管脚与比较放大器30314连接，输出管脚分别与第一取样电阻30312的第一管脚、限幅放大器301连接。
67.第一取样电阻30312，第二管脚与第二取样电阻30313的第一管脚连接。
68.第二取样电阻30313，第二管脚与二极管30315连接。
69.比较放大器30314，正向输入管脚与第一取样电阻30312的第二管脚连接，反向输入管脚与供电电源连接，输出管脚与串联调整管30311的控制管脚连接，用于通过比较反向输入管脚的基准电压和正向输入管脚的取样电压控制串联调整管30311的压降，从而使稳压电路 3031输出稳定电压。
70.比较放大器30314，通过比较反向输入管脚的基准电压和正向输入管脚的取样电压得到二者的差值，并将二者差值进行放大后，再控制串联调整管30311的压降，从而使稳压电路输出稳定电压。
71.当稳压电路3031的输出电压降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器30314 输出的驱动电流增加，串联调整管30311压降减小，从而使输出电压升高。相反，若稳压电路3031的输出电压超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。
72.二极管30315，第一管脚与第二取样电阻30313的第二管脚连接，第二管脚与供电电源连接，用于保持基准电压稳定。
73.稳压电路3031还包括电流源30316。电流源30316，第一管脚与供电电源连接，第二管脚与比较放大器30314的反向输入管脚连接。
74.该电流源30316为恒流源，用于提供一个基准电压。
75.其中，限幅放大器301包括sd比较器3011、信号幅度检测电路3012、sd门限电路3013、 sd逻辑输出电路3014、反向控制器3015、限制放大器3016、输入缓冲器3017和输出缓冲器 3018。具体的，
76.sd比较器3011，正向输入管脚与sd门限电路3013的输出管脚连接，反向输入管脚与信号幅度检测电路3012的输出管脚连接，用于比较电压信号幅度与sd门限，以控制输出sd信号，进而关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电。
77.信号幅度检测电路3012，输入管脚与限幅放大器301的第一输入管脚差分连接，用于获取输入至限幅放大器301的第一输入管脚的电压信号幅度。
78.信号幅度检测电路3012获取输入至限幅放大器301的第一输入管脚的电压信号幅度，并将该电压信号幅度传输至sd比较器中。此电压信号由跨阻放大器差分输出。
79.sd门限电路3013，输入管脚与限幅放大器301的第二输入管脚连接，用于为sd比较器 3011提供一个sd门限，其中，sd门限在第一供电电压下保持不变。
80.sd门限电路3013包括第一电阻30131和第二电阻30132。
81.第一电阻30131，输入管脚与稳压电路3031的输出管脚连接，输出管脚与sd比较器3011 的正向输入管脚连接。
82.第一电阻30131的输入管脚的电压为v
cc-sd
，第一电阻30131的输出管脚的电压为v
sdlvl
。
83.第二电阻30132，输入管脚的电压为共模电压，输出管脚与第一电阻30131的输出管脚连接。
84.第二电阻30132的输入管脚的电压为v
com
。
85.sd门限的公式如下：
[0086]vsdlvl
＝(v
cc-v
com
)*r2(r1+r2)
[0087]
其中，v
sdlvl
为sd门限；v
com
为共模电压，不随v
cc-sd
变化而变化；v
cc
为供电电压；r1为第一电阻的阻值；r2为第二电阻的阻值。
[0088]
结合sd门限的公式可知，sd门限随着供电电压v
cc
的变化而变化。sd门限的变化影响小光信号的稳定输出，使得光接收灵敏度较低。为了提高光接收灵敏度，需在供电电源提供的不稳定的供电电压下保持sd门限不变。
[0089]
稳压电路3031可使第一供电电压变为第二供电电压。结合sd门限的公式可知，当供电电压稳定不变时，sd门限也稳定不变，不会影响小光信号的稳定输出，提高光接收灵敏度。
[0090]
sd逻辑输出电路3014，第一输入管脚与sd比较器3011的输出管脚连接，第二输入管脚与mcu302连接，用于根据复位脉冲信号和sd比较器输出的比较结果输出sd信号。
[0091]
sd信号可以是低电平，也可以是高电平。
[0092]
sd逻辑输出电路3014接收到复位信号时，输出的sd信号为高电平；sd逻辑输出电路 3014接收到sd比较器输出的比较结果是电压信号幅度大于sd门限时，输出的sd信号为低电平。
[0093]
反向控制器3015，输入管脚与sd逻辑输出电路3014的输出管脚连接，输出管脚与限幅放大器301的第一输入管脚差分连接，用于根据sd信号控制限幅放大器301的第一输入管脚上的差分线放电。
[0094]
当sd信号为低电平时，反向控制器3015控制限幅放大器301的第一输入管脚上的差分线放电。如果不关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电，输入至限幅放大器 301的第一输入管脚的信号就会被放掉，无法进行后续的限幅放大。
[0095]
当sd信号为高电平时，反向控制器3015控制关闭限幅放大器301的第一输入管脚上的差分线放电。关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电，使输入至限幅放大器的第一输入管脚的信号不被放掉，以供限幅放大器进行限幅放大。
[0096]
限制放大器3016，输入管脚与限幅放大器301的第一输入管脚差分连接。
[0097]
输入缓冲器，输入管脚与限幅放大器301的第一输入管脚差分连接，输出管脚与限制放大器3016的输入管脚差分连接。
[0098]
输出缓冲器，输入管脚与限制放大器3016的输出管脚差分连接，输出管脚与限幅放大器 301的输出管脚连接。
[0099]
限幅放大器301还包括第一电容和第二电容。具体的，
[0100]
第一电容，输入管脚与限幅放大器的第一输入管脚的一个子管脚连接，输出管脚
与输入缓冲器的输入管脚的一个子管脚连接。
[0101]
第二电容，输入管脚与限幅放大器的第一输入管脚的另一个子管脚连接，输出管脚与输入缓冲器的输入管脚的另一个子管脚连接。
[0102]
本技术提供了一种光模块，包括电路板和与电路板连接的光接收组件。光接收组件用于接收光信号。光接收组件内设置有光电探测器和跨阻放大器。光电探测器，与跨阻放大器的输入管脚连接，用于将接收到的光信号转化为电流信号。跨阻放大器，用于将电流信号转化为电压信号，以便于信号幅度检测。电路板上设置有供电电路和限幅放大器。供电电路，包括供电电源和稳压电路，用于为限幅放大器提供稳定的供电电压。由于供电电源提供第一供电电压，第一供电电压不稳定。因此，在供电电路中设计一个稳压电路。稳压电路，输入管脚与供电电源连接，用于将第一供电电压变为第二供电电压，第二供电电压稳定。限幅放大器，第一输入管脚与跨阻放大器的输出管脚差分连接，第二输入管脚与供电电路连接，包括 sd门限电路、信号幅度检测电路和sd比较器。sd门限电路，输入管脚与第二输入管脚连接，用于为sd比较器提供一个sd门限，其中，sd门限在第一供电电压下保持不变。信号幅度检测电路，输入管脚与第一输入管脚差分连接，用于获取输入至限幅放大器的第一输入管脚的电压信号幅度。sd比较器，正向输入管脚与sd门限电路的输出管脚连接，反向输入管脚与信号幅度检测电路的输出管脚连接，用于比较电压信号幅度与sd门限，以控制输出sd信号，进而关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电。关闭限幅放大器的第一输入管脚上的差分线的快速放电，使输入至限幅放大器的第一输入管脚的信号不被放掉，以供限幅放大器进行限幅放大。稳压电路可使第一供电电压变为第二供电电压，以提供给sd门限电路。在第二供电电压下，sd门限电路为sd比较器提供一个在第一供电电压下保持不变的sd门限。由于sd门限的稳定性，不影响小光信号的稳定输出，进而提高接收灵敏度。本技术，在稳定电路和sd门限电路的共同作用下，sd门限在第一供电电压下保持不变，不影响小光信号的稳定输出，进而提高接收灵敏度。
[0103]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围。