光模块基础培训介绍

光模块基础培训Zhou Yan(周炎) yan.zhou@2目录第一章光模块的种类第二章概述第三章光模块相关参数第四章光模块生产流程Confidential 3第一章光模块的种类Confidential第二章概述光模块的基本结构光模块定义：完成完成O/E O/E O/E、、E/O 变换且具有标准光接口的光接口的系系统 基本结构：光源光源（（TOSA TOSA））+驱动电路、探测器（ROSA ROSA））+接收电路、接口接口、、其它辅助电路、外壳TOSA TOSA：：Transmitter Transmitter Optical Sub Optical Sub Optical Sub--Assembly Assembly 光光发射组件（TOSA TOSA））ROSA ROSA：：Receiver Optical Sub Receiver Optical Sub--Assembly Assembly 光接收光接收组件（ROSA ROSA））BOSA BOSA：：Bi Bi--directional directional Optical Sub Optical Sub Optical Sub--Assembly Assembly 光双向收光双向收发组件（BOSA BOSA））Confidential光接收器件光接收器件是利用光电效应把通信中光信号转换为电信号的光电检测器光纤通信中常用的光电检测器是器是PIN PIN PIN光光电二极管和雪崩光电二极管二极管(APD)(APD)PIN PIN的响的响应度通常为0.650.65～～0.97A /W (λ=0.9(λ=0.9～～1.7μm)APD APD是利用雪崩倍增效是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度光电检测器,它可以使接收灵敏度提高它可以使接收灵敏度提高66～10dBConfidential限幅放大器TIA 输出的是模拟信号信号,,要把它转换成数字信号才能被信号处理电路识别限幅放大器起的作用就是把限幅放大器起的作用就是把TIA TIA 输出的幅度不同的信号处理成等幅的数字信号限幅放大器Limiting Amplifier 主放大器Post Amplifier 量化器QuantizerConfidential 10光模块基础知识介绍光收发模块Confidential SFP SFP含含义：Small Factor Plug Small Factor Plug 小外型可插拔小外型可插拔 提出的背景和标准：多厂家协议TOSA TOSA和和ROSA ROSA：：光接口为LC LC、、MC MC型型插芯直径插芯直径1.25mm 1.25mm套管内径套管内径1.25mm 1.25mm光器件TO46/TO56TO18ConfidentialSFP 光收发模块工艺流程电路板焊接TOSA/ROSA 焊接电路调试屏蔽罩安装入库末测老化壳体安装DDSConfidential 14Confidential 15ConfidentialCFP CFP 光模光模块（Transceiver Transceiver））支持热插拔插拔，，容量为40G 40G 或或100GBit/s 100GBit/s可可应用于用于40G 40G 40G 和和100G Ethernet 100G Ethernet、、OC OC--768/STM 768/STM--256256、、OTU3OTU3、、OTU4OTU4。

按照按照模模块集成度的差异可分为：CFP CFP，，CPF2CPF2，，CFP4CFP4。

按照传输距离和光口规范的不同又可范的不同又可分分为：1.100GBase 100GBase--SR10 (SR10 (10GbE 10GbE 10GbE ××10 λ 10 λ 短距离短距离短距离/100m) /100m)2.100GBase 100GBase--LR4/ER4 (25GbE LR4/ER4 (25GbE××4λ4λ中中长距离距离33km km、、10km 10km、、40km 40km))所有所有光模光模块传输距离是由光输出信号的出信号的OSNR OSNR OSNR容容限、色散容限色散容限（（包括色度色散和偏振色散括色度色散和偏振色散））决定的决定的，，即由激光器及其驱动器的性能决定决定。

CFP2 CFP2 的集成度是的集成度是的集成度是CFP CFP CFP 的两倍的两倍的两倍，，而CFP4 CFP4 的集成度又是的集成度又是的集成度又是CFP2 CFP2 CFP2 的的两倍CFP CFP（（Centum Form Centum Form--factor Pluggable factor Pluggable））Confidential CFP 模块内部结构：CDR\ROSA\TOSA\ODU\OMUConfidentialCFP2模块调试环境Confidential第三章光模块相关参数Confidential 201、平均发射光功率射光功率（（P ）Confidential 212、光调制幅度制幅度（（OMA ）与消光比消光比（（ExR）Confidential 223、Q因子Confidential 234、眼图模板(eye pattern)Confidential 24Confidential 25Confidential 265、接收灵敏度(Sensitivity)接收灵敏度接收灵敏度指光接收机满足指定比特误码率(如10-10或10-12)时可接收的最小平均光功率均光功率((dBm dBm))这是光接收机的重要指标之一噪声是限制接收灵敏度的最主要因素右图就是误码率和信噪比的关系曲线只要知道了只要知道了TIATIA TIA的等效的等效输入噪声电流,应用此曲线就可推算出接收灵敏度Confidential影响灵敏度的因素信号噪声比信号噪声比(SNR)(SNR)光信号的消光比传输速率速率((数据比特率数据比特率)) 抖动信号码型工作波长码间干扰Confidential 296、接收接收过载过载(overload)光线路系统接口Confidential 接收机最小过载光功率 最小过载光功率定义为:接收机满足指定比特误码率(如10-10或10-12)时可接收的最大平均光功率大平均光功率((dBm dBm))最小过载和灵敏度之间的差值(dB)(dB)就是接收机的就是接收机的动态范围 接收机的过载能力主要取决于能力主要取决于TIATIA TIA的的AGC AGC性能性能Confidential7. 抖动抖动是数字信号的取样时刻相对于理想参考时刻位置的短时间偏离偏离,,抖动的单位是位是UI,UI,UI,即即1bit 码时间间隔光模块电路中的直流漂移和耦合电容都会引起输出光信号或电信号的抖动,信号的抖动会造成通信系统性能下降性能下降,,因此,抖动性能也是光发射和光接收的重要指标Confidential眼图将光发射模块输出的出的(NRZ (NRZ 码)光信号送入取样示波器示波器,,就可以观察到光信号波形的察到光信号波形的““眼图”光脉冲信号的质量都可以在光眼图上观察到光脉冲波形的上升时间、下降时间、过冲和下冲应加以控制加以控制,,以免降低接收灵敏度光脉冲形状特性由眼图模板给出,眼图模板在光通信系统的标准中都已做了具体的规定同时给出抖动RMS RMS和抖和抖动P -P 值ConfidentialConfidential8. 比特误码率•比特误码率(BER—Bit Error Ratio)是衡量光接收机性能的最基本的参数BER= = •BER 的表示形式：1×10-N 或者1.0E-N(N 是正整数)接收的误码比特数被接收到的比特数在测量时间内误码数比特率×测量时间Confidential伪随机二进制序列(PRBS)在测试通信系统的性能时,经常使用的编码图案是不归零码(NRZ)伪随机二进制序列制序列(PRBS (PRBS (PRBS——Pseudo Random Binary Sequence)PRBS PRBS相当于相当于相当于““随机数据随机数据””(在一个序列长度内的数据度内的数据‘‘0’0’和和‘1’码是随机排列是随机排列,,且‘0’0’和和‘1’码的数目相等的数目相等),),),因此它的因此它的频谱特征特征((在有限频带内)与白噪声接近与白噪声接近,,所以它适合用于测试通信系统的性能但是这种数据的排列规则又是确定的又是确定的,,序列长度为2n 2n--1比特比特，，每隔2n 2n--1个比特就重复同样的一组“随机数据随机数据””,这样就为测试误码率提供了方便Confidential9. 时钟和数据恢复(CDR)电路在数字通信系统中,码元同步是系统正常工作的必要条件 时钟和数据恢复电路(Clock and Data Recovery (Clock and Data Recovery ——CDR)CDR)的作用的作用就是在输入数据信号中提取时钟信号并找出数据和时钟正确的相位关系CDR 电路大多基于锁相环(PLL)(PLL)原理原理锁相环(PLL)电路基本锁相环(PLL)电路主要由三部分组成：相位检测器(鉴相器PD)(LPF)波器(LPF)低通滤波器压控振荡器(VCO)Confidential 第四章光模块生产流程从研发到生产1.1 1.1 HPPD HPPD 项目管理调研、立项、研发、成果鉴定（里程碑里程碑）、）、转产测试、设计定型定型（（里程牌程牌）、）、）、小批量生小批量生产、批量生产、停产1.2 转产转产阶阶段的测试成果鉴定通过之前就进入试生产阶段，试生产测试由中试部（新产品导入）完成完成，，主要的测试项目有目有：：配合单板系统的性能测试、直通率统计、故障分析故障分析、、高低温试验、EMC 试验、振动试验、生产流程操作的评估等估等。

Confidential1.3 1.3 生生产阶段转产测试完成并合格后完成并合格后，，则设计定型后项目进入生产阶段（生产）。

）。

生生产阶段刚开始会进行小批量生产、稳定后转入批量生产阶段。

生产阶段的技术支持及生产维护工作由中试部完成部完成。

ConfidentialConfidential光模块组装调试1.完成光器件完成光器件、、PCB PCB、、盒体的组装；2.光模块参数调试(自动调试和手动调试相结合)：3.发端调试：出光功率出光功率、、波长、光眼图（交叉点交叉点、、消光比消光比、、模板余量等量等））4.收端调试：灵敏度灵敏度、、过载点、接收光功率定标5.上单板：OSNR OSNR容限容限测试；注：40G 40G光模光模块（DQPSK DQPSK））的调试流程比其他模块都要复杂，需要调试电眼图。