光模块接收电路原理图文

光模块基础知识培训PPT共80页目录
1.光模块概述
1.1光模块定义
1.2光模块分类
2.光模块组成与结构
2.1光电转换模块
2.2光发射模块
2.3光接收模块
2.4光连接器和接口
3.光模块应用领域
3.1数据中心
3.2通信网络
3.3其他领域
4.光模块工作原理
4.1光电转换原理
4.2光信号调制与解调原理
4.3光信号传输原理
5.光模块参数及性能指标
5.1光功率
5.2光端口功率均衡
5.3波长稳定性
5.4接收灵敏度
5.5光折射率
5.6饱和输出功率
5.7脉冲电流
5.8热效应
5.9光模块亚临界工作
5.10环境适应性
6.光模块的安装与维护6.1光模块的安装步骤6.2光模块的维护方法
6.3光模块的故障排除
7.光模块的未来发展趋势7.1高速化
7.2高密度化
7.3低功耗化
7.4光模块的集成化
8.光模块的市场前景与挑战
8.1市场前景
8.2技术挑战
8.3行业竞争格局
9.Q&A
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每页平均约有1500/80=18.75字，所以整个文档应该有超过1500字的内容。

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光模块原理和作用光模块是一种重要的光通信设备，其原理涉及光电转换和电光转换，在光信号传输过程中起着核心作用。

光模块的工作原理主要涉及以下步骤：1. 发光：光模块中的激光器是发光的核心部件。

激光器通过注入电流或施加电压，在半导体材料中产生受激辐射，从而产生一束聚焦的单色光。

这些激光光子被发送到光纤中，用于数据传输。

2. 接收：光模块的接收端包含光敏器件，通常是光电二极管或光电探测器。

当光信号到达时，光敏器件会将光能转化为电信号。

接收端的驱动电路将电信号转换为数字信号，以便进一步处理和解码。

3. 调制：光模块中的调制技术可以将电信号转换为光信号，并根据需要进行调制。

常见的调制技术包括直接调制、外调制和间接调制。

通过调制技术，光模块可以实现不同速率和格式的光信号传输。

光模块的作用主要包括：1. 数据传输：在数据中心和云计算领域中，光模块用于高速数据传输，以满足大规模数据处理和存储的需求。

它们支持高速以太网、光纤通道和InfiniBand等协议，实现可靠和高效的数据通信。

2. 无线通信：在无线通信领域，例如移动通信和卫星通信中，光模块能够实现高速、远距离的数据传输，为无线网络提供稳定和可靠的连接。

3. 医疗和工业应用：在医疗设备如光学成像系统和激光手术仪器中，以及工业自动化如传感器网络、机器视觉和工业机器人等领域中，光模块都发挥着关键作用。

4. 安防监控：在安防监控领域中，光模块被用于传输高清晰度的视频信号和音频信号，以实现监控摄像头和录像设备之间的远程连接。

5. 高性能计算：在高性能计算领域中，光模块用于超级计算机和大规模并行计算系统，以支持高速数据传输和处理。

6. 军事通信：在军事通信中，光模块能够满足军事通信对高速、安全和可靠传输的需求。

它们在军事雷达、卫星通信和战场网络等领域发挥重要作用。

总的来说，光模块是一种关键的光通信设备，通过将电信号转换为光信号，实现高速、稳定的数据传输，它在许多领域都有广泛的应用。

光模块原理光模块是一种用于光通信系统中的设备，它能够将电信号转换成光信号，并通过光纤传输。

本文将详细介绍光模块的原理。

一、概述光模块是由发射器和接收器组成的，其中发射器将电信号转换为光信号，接收器则将光信号转换为电信号。

在实际应用中，我们通常使用的是SFP、SFP+、QSFP、QSFP+等不同类型的光模块。

二、发射器原理1.激光二极管激光二极管是最常见的发射器类型之一。

它利用PN结反向偏置时产生的少数载流子注入到有源层中，从而激发出辐射能量。

这种辐射能量被放大并聚焦在一个小区域内，形成了一个高强度、高单色性的激光束。

2.波长调制波长调制是一种广泛应用于现代通信系统中的技术。

它利用半导体材料在不同电压下具有不同折射率这一特性来实现对激光二极管输出波长的调制。

通过改变电压大小可以改变光的波长，进而实现对光信号的调制。

3.功率控制功率控制是保证光模块输出功率稳定的重要手段。

它通过反馈机制来调整激光器的电流和温度，从而实现对输出功率的控制。

三、接收器原理1.光电二极管光电二极管是一种将光信号转换为电信号的器件。

当光子撞击到PN 结时，会产生少数载流子，这些载流子会在反向偏置下沿着PN结扩散，并在两端形成一个电压信号。

这个信号经过放大和处理后就可以得到原始的电信号。

2.前置放大器前置放大器是接收端用于放大弱信号的重要组成部分。

它通常由高增益、低噪声系数和高线性度等特性的放大器构成。

通过对输入信号进行放大和滤波，可以提高接收端对弱信号的灵敏度和可靠性。

四、总结本文介绍了光模块中发射器和接收器的原理。

发射器利用激光二极管、波长调制和功率控制等技术将电信号转换为光信号，并通过光纤传输。

接收器则利用光电二极管和前置放大器等技术将光信号转换为电信号。

这些技术的不断发展和完善，使得现代光通信系统具有更高的速率、更远的传输距离和更低的误码率等特性。

奥雷光模块推荐电路优化应用简小忠2011-6-20光模块包括发射和接收两部分，发射部分主要由激光驱动器电路和激光器组成，接收部分由光敏二极管(PIN)+互阻放大器(TIA)和限幅放大器(Limiting Amp.)组成，完成对数字信号透明O/E,E/O转换的功能。

光模块内部原理框图：光模块的一个发展趋势是低功耗,和外围接口简化。

奥雷光模块，为客户提供最佳性能的同时，为客户最小化功耗，并为简化外围接口提供了可能。

一、1X9封装光模块1、155M~1.25G奥雷1x9 PECL电平模块有共同特点：155M发射TX接口为交流耦合，接收RX接口为直流耦合，简称AC – DC耦合，这样为客户最小化功耗，并为简化外围接口提供了可能。

传统3.3V模块电路接法：理论功耗（模块外围匹配电路的直流功率）：3.3*3.3/(130+80) *5=0.26W传统5V 光模块外围电路:理论功耗（模块外围匹配电路的直流功率）：5*5/(130+80) *5=0.59W由此可见外围的直流匹配电阻的功耗相当不小. 比如一个交换机上主板上用到多个光模块那么对电源的功率要求将大幅提高。

奥雷优化的推荐如下图：(AC-DC耦合)155 M~350M光模块：R4=100欧对于5v 光模块：R1=R2=270欧，R3=1K , R1,R2尽量靠近光模块。

对于3.3v 光模块：R1=R2=150欧，R3=1K ，R1,R2尽量靠近光模块SERDES 到 TD_ 和TD+ 之间不需要给光模块提供偏置和匹配电阻。

因为TX内部已经有最优化的偏置和100欧的阻抗匹配（注意SERDES DATASHEET 外围必须的电阻不建议拿掉）。

这样减少了对外围电阻的需求。

且外围电阻都不直接从VCC上消耗。

理论上：5V 外围电阻的功耗减小到0.08w，减小到原来的1/73.3V 外围电阻的功耗减小到0.02w，减小到原来的1/13功耗下降明显2、1.25G光模块因为历史的原因目前单纤和双纤内部有点不一样（这点将来可能会统一，客户也可以指定要求）。

主要内容■前置放人电路匸作原理■限幅放大器电路工作原理■误码率测试和接收灵敏度评估■时钟数据恢复(CDR)电路匸作原理■ APD及APD偏首电压的升压电路原理电流一电压转换电路■电流诫过电阳R就会产生电JKiR-l^(a)■运口放人器构诫的l・V变换电路一图(b)任这种l・V咬换电路中.接入个负反馈电RIRf.所以乂被称做跨阳放人器(TIA—Trammpedance Amplifier )■跨阻放人器的优点：减小了放人器输入瑞的电容.使电路的通频带紂到扩展.以适应岛速率便用对TIA的技术要求■低的等效输入噪声电流■高输入阻抗，低输入电容■足够宽的通频帯faO.75X工作速率■宽动态范围■ Rf要足够人，以保证有足够人的输岀电压跨阻放大器典型电路■右图是分离元件构成的TIA典型电路■ Q1也町以采用高频FET, 这样输入阻抗町以做得很高■因为采用分离尤件，寄生参数的彤响就很严用，所以电路的匸作速率不高，通常在早期低速模块中采用一个跨阻放大器IC 原理电路 ■上图是一个低速差分输出的集成电路TIA 的内部原 理电路自动增益控制 (AGC)电路■放大器对大信号足双 向限幅的■光信号足单向的（0、 1）■光信号过大时就会产 牛脉冲失真（单边削 波），OS'判别就会 出错一出现误码■ TIA 就必须冇AGC 功能，以保证足够的信 号动态范围In VottAGC 电路(1) 一可变跨阻AGC 电路(2)_消直流和二极管限幅k Mn SUU VaTAGE AUHFfR 0UTPU 1 BIHER OUTHJ I HLTEA MlTFR IMNSWKOWCt iMFUFtB WCAMCilLATIO N CfICUlTGND消直流电路原理3AGC电路(3)-混合方案TIA应用■TIA和探测器偏置（Vpd）必须通过良好的去耦滤波电路供电■PD和TIA必须冇良好的屏蔽■TIA的通频带（・3db高频截II:频率）：fH=（0.7 〜0.75）X 数据率也过小，会产生码间干扰；过高，会降低信噪比■选用低的等效输入噪声电流、高的跨阻抗的TIA,才能得较高灵敏度限幅放大器■ TIA输出的是模拟信号，耍把它转换成数字信号才能被信号处理电路识别■限幅放大器起的作川就是把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Quantizer限幅放大器工作原理和典型电路■限幅放人器匸要有三部分组成：直流耦合多级放大器氏流漂移补偿（自动调零）电路光功率检测告警电路（有滞回的比较器）接收灵敏度■接收灵皈度指光接收机满足指定 比待误码率（如L o 或1012 ）时町 接收的址小卩均比功率（dBm ） 这足光接收机的乖要折标之・■噪声是礙制接收乂敏度的址上婴 因素■右图就是误码率和仁噪比的关系 曲线■只耍知道JFA 的竽效输入喙声 电流•Signal lo Noise Ratio (SNR)38} ouflabtUJ.±m应用此曲线就可推算出接收杲放度接收灵敏度测量什么是比特误码率?■比特误码率(BER—Bit Error Ratio)是衡量一个光接收机性能的最基本的参数DC：O —接收的误码比特数_在测虽时间内误码数旷匕被接收到的比特数-比特率X测彊时间■ BER的表示形式：1X10-N或者1.0E-N(N是正整数)影响误码率的因素■光功率(和消光比)的大小■信号噪声比(SNR)■传输速率(数据比特率)■抖动■信号码型■工作波长■码间干扰■模块中元器件性能劣化或故障误码仪但ERT)■误码仪(Bit Error Ratio Tester)il］图案发生器和误码分析仪组成■它通过比较图案发生器产生的数据码和光接收机收到并转换成电信号的数据码來测试待测光接收机在不同输入光功率时的误码率(R KWVR)伪随机二进制序列（PRBS）■PRBS： Pseudo Random Binary Sequenee 序列氏度2M,即每隔2M个比特就重复■FRBS的特点：1. PRBS町以由n个移位寄存器串接并加上反馈产生2 在2"比持长度内，O和T是随机分冇的（类似噪卅），R 中0和1的个数是相等的3.在PRBS码型中包含最大n个连T码和"个连O码（反转后就是n・1个连T码和n个连O'码）伪随机码的产生刃PRBS GcncmtionXOK为何采用PRBS?■PRBS柑当尸随机数据”，因此它的频谱特征（在有限频带内）与白噪声接近，所以它适合用于测试通信系统的性能■这种数据的排列规则足确定的■一个PRBS序列町以串/并转换成务路（2、4、8、16…路），每路输出的速率降低，但仍然保持原序列的一切特征：反之，同一时钟源低速率筋路（2、4、8、16…路）同一n数的PRBS可以经并/串转换成高速率的n阶PRBS。

光模块工作原理光模块是一种用于光通信系统中的光电转换设备，它能够将电信号转换为光信号并进行传输。

光模块由发射端和接收端组成，分别负责发送和接收光信号。

在本文中，我们将详细介绍光模块的工作原理及其基本组成部分。

一、发射端的工作原理发射端是光模块的重要组成部分，其主要功能是将电信号转换为光信号并进行发送。

发射端通常由激光器、调制器和驱动电路等组件组成。

1. 激光器：激光器是发射端的光源，它能够产生高一致性和高单色性的激光光束。

激光器的工作原理是在半导体材料中通过注入电流来激发电子，使其跃迁并产生光子。

2. 调制器：调制器是用于将电信号转换为光信号的关键组件。

调制器根据输入的电信号调制激光器的输出功率，使其在光信号中携带电信号的信息。

常用的调制技术包括直接调制和外调制两种。

3. 驱动电路：驱动电路用于控制激光器的工作电流，以调节激光器的输出功率。

驱动电路通常采用直流偏置和交流调制的方式，以实现高速和稳定的调制。

二、接收端的工作原理接收端是光模块的另一重要组成部分，其主要功能是接收光信号并将其转换为电信号。

接收端通常由光探测器、放大器和解调器等组件组成。

1. 光探测器：光探测器是接收端的核心元件，它能够将接收到的光信号转换为电信号。

常用的光探测器包括光电二极管和光电导二极管等。

光探测器的工作原理是当光信号照射到其表面时，产生光电效应，使其产生电荷，并通过外部电路输出电信号。

2. 放大器：放大器用于放大光探测器输出的微弱电信号，以提高信号的可靠性和传输距离。

常用的放大器包括前置放大器和限幅放大器等。

3. 解调器：解调器用于将接收到的光信号还原为原始的电信号，并进行信号处理和解码。

解调器通常包括限幅器、滤波器和时钟恢复电路等模块，以确保信号的完整和准确。

三、其他组成部分除了发射端和接收端，光模块还包括光纤连接器、封装和散热结构等其他组成部分。

1. 光纤连接器：光纤连接器用于将光模块与光纤进行连接，以实现光信号的传输。

光模块原理
光模块是一种无线通信技术，可以将信号由光信号变换成电信号，可以实现信号的高速传输和高精度传输。

光模块是一种可用于控制和传输数据的现代设备，有多种设计，可以在家庭、工业和商业应用中使用。

它是光通信领域的重要技术，可以实现无线、有线和网络通信。

它也可以用于网络接口，可以提高传输速率和信号处理速度，抗噪声能力也很强。

光模块的原理非常复杂，它的核心思想是通过发射及接收光信号来实现信号的传输和控制。

光模块的基本构造如下：发射模块、接收模块、控制模块、光缆和处理器。

发射模块由发射单元、激光器、模块放大器和空气激光等组成，它们可以将电信号转换成光信号发射出去。

接收模块主要包括接收单元、检测器、模块放大器和滤波器。

接收模块可以接收到发射模块发出的光信号，并将其转换成相应的电信号。

控制模块包括电路板、连接线和控制程序，用于控制发射和接收的信号。

光缆是将发射模块与接收模块连接起来的媒介，可以传输信号和数据。

最后，处理器用于处理从发射模块接收到的光信号。

在无线通信应用中，光模块可以通过发射和接收光信号来实现信号的传输和接收。

与一般无线电波不同，光模块不会被干扰，可以提供更高的传输速率和更好的信号处理能力。

此外，光模块也可以在家庭、工业和商业应用中使用，可以实现无线、有线和网络通信的功能。

总的来说，光模块的原理非常复杂，它可以将信号由光信号变换成电信号，从而实现信号的高速传输和高精度传输。

它具有抗噪声能
力强、速率快和稳定性高等优点，在无线通信应用中也可以实现信号的传输和接收，为网络接口提供更好的性能。

ONU光模块工作原理接收部分由ROSA及主放大器组成，其中ROSA由APD及前置放大器组成。

从模块接收光接口处输入模块的光数据信号，通过模块内部的雪崩光电二极管(APD)转换为电信号，输入到前置放大器(上图中的“PRE AMP”)进行放大，前置放大器具备AGC功能(自动增益控制)，对小功率输入光转换后的小幅度电信号采用大增益的放大倍数，而对大功率输入光转换后的大幅度信号采用小增益的放大倍数，从而使其输出的电信号幅度波动大大小于输入光信号功率的波动幅度。

主放大器接收经前置放大器放大后的信号进行二级放大，输出模块的电数据信号。

这样，输入模块的光信号经上述光电转换及二级放大后，在模块的电数据输出端保持恒定的输出，不会随输入光信号的大小变化而波动。

并且限幅放大接收到前置放大器的输出电信号经过内部的迟滞比较器输出一个信号探测信号，用来指示来光强弱，当输入的光信号由强变弱时，该电平由高电平转为低电平，当输入的光信号由弱变强时该电平由低电平转为高电平。

APD需要的反偏电压由APD偏置电压控制电路来实现。

发射部分一般由TOSA及LD驱动电路组成，而TOSA一般由激光器(LD)及光电二极管(PD)组成。

LD驱动电路用于驱动、控制LD。

首先，输入模块的电数据信号由LD驱动电路接收，并调制到LD的驱动电流上，驱动LD发出带有数据调制信号的激光。

LD驱动电路具备APC功能(自动光功率控制)，可根据监控LD发光大小的背向光接收PD(为区别于上面接收部分的PD，我们简称MPD)输出电流大小，确定加给LD的驱动电流大小。

通过APC电路，LD驱动电路可实现动态调节LD驱动电流大小。

当LD发光变大时，上述MPD输出电流变大，LD驱动电路减小加给LD的驱动电流，以使LD发光变小；反之，当LD发光变小时，LD驱动电路将增加驱动电流以增大LD发光，从而保证LD发光功率保持恒定。

并且该LD驱动电路能支持突发工作模式，在外界输入的单端LVTTL突发控制信号来实现快速的开启/关断功能。

光模块工作原理简介目录摘要 (2)关键词 (2)1 引用的文档和参考标准说明 (2)2 缩写说明 (2)3 正文 (2)4 附录 ................................................................................................................................... 错误!未定义书签。

摘要以SFP光模块为例，介绍光模块内部的组成和工作原理。

关键词SFP光模块1引用的文档和参考标准说明2缩写说明SFP：Small Form-factor Pluggable 小型化可插拔3正文光模块是我们群路科都要用到的PHY层的器件，虽然封装，速率，传输距离有所不同，但是其内部组成基本是一致的。

SFP收发合一Transceiver因其小型化，热插拔方便，支持SFF8472标准，模拟量读取方便（IIC读取），且检测精度高（+/-2dBm以内）而逐渐成为运用的主流，下面就以SFP光模块为例，介绍其内部的组成和相关的工作原理。

SFP内部结构图SFP光模块的内部结构：由上图可见，光模块主要部分是由光发射组件，激光驱动器，光接收组件（L16.2光模块光接收部分使用APD接收机，还需要升压电路），限幅放大器和控制器组成的。

驱动芯片和限幅放大器一般都支持从155Mb/s到2.67Gb/s多速率。

速率不同，传输距离不同的光模块有很多只是前端光组件的差别，高速率SFP光模块BOM成本的90％都集中在光组件上。

由上图还可以看出，为了保证上电顺序，SFP光模块的金手指部分的长度是不一样的，最长的是信号地，其次是电源，最短的是信号，这样在插拔的时候就保证了地－电源－信号的顺序。

光发射组件 TOSA（Transmiter Optical Sub-Assembly）：常用的光发射组件由两大类，一类是采用发光二极管LED封装的TOSA，一类是采用半导体激光二极管LD封装的TOSA。

了解一款产品，重点在于每个IC的具体原理及功效，以及外围电路的匹配。

我司SFP产品所用芯片，主要有三类：激光器驱动、探测器限放、IIC通讯。

其他IC还有稳压芯片、升压芯片、比较器，以及单片机MCU等等。

三大类芯片，也许会有各自的不同型号，但其原理都大同小异。

所以我们就以MAX3738为例，了解一下产品的工作原理。

下图为MAX3738内部及其外部电路的原理框图：可以看到，该芯片的主要功能，就是APC和ERC功能，以及信号的调制。

APC功能APC功能较为简单。

器件的背光探测器将所检测到的光信号强度，转换为响应电流（也就是背光电流）并输送给芯片。

而芯片内部则是做一个背光电流的镜像，通过这个镜像电路电流的变化，来控制给激光器的偏置电流，从而保证背光电流的稳定。

而背光电流的稳定，在器件自身稳定的情况下，也就保证了输出光功率的稳定。

在此，提一下器件的TE测试。

器件的TE测试，就是在恒定背光电流的前提下，去看前光功率的变化。

而在此状态下的前光功率变化，因素可能有以下几个方面：A、光路耦合效率的高低温变化B、LD自身的前光与后光功率比例变化C、PD监测效率变化D、PD响应电流的效率变化E、…TE性能差的器件，根据不同的原因，也会有可能影响到模块消光比。

比方说使用了芯片K系数补偿的模块，在背光变化的情况下，芯片的APC功能则会改变Ibias，从而K系数补偿的调制电流也同样发生了变化，导致消光比的变化；即使没有K系数不错的模块，也会因为眼图的整体上移（或下移）而导致功率和消光比变化。

参考芯片资料，我们可以得到以下APC相关的推算公式：P avg=SE×(I bias−I th)（交流耦合）P avg=SE×(I bias+12×I mod−I th)（直流耦合）P avgI m=ρmon（背光监控效率）I m=12×V refR apc以上，是可以从芯片资料上直接得到的计算公式。

光模块工作原理简介目录摘要 (2)关键词 (2)1引用的文档和参考标准说明 (2)2缩写说明 (2)3正文 (2)摘要以SFP光模块为例，介绍光模块内部的组成和工作原理。

关键词SFP光模块1引用的文档和参考标准说明2缩写说明SFP：Small Form-factor Pluggable 小型化可插拔3正文光模块是我们群路科都要用到的PHY层的器件，虽然封装，速率，传输距离有所不同，但是其内部组成基本是一致的。

SFP收发合一Transceiver因其小型化，热插拔方便，支持SFF8472标准，模拟量读取方便（IIC读取），且检测精度高（+/-2dBm以内）而逐渐成为运用的主流，下面就以SFP光模块为例，介绍其内部的组成和相关的工作原理。

SFP内部结构图SFP光模块的内部结构：由上图可见，光模块主要部分是由光发射组件，激光驱动器，光接收组件（L16.2光模块光接收部分使用APD接收机，还需要升压电路），限幅放大器和控制器组成的。

驱动芯片和限幅放大器一般都支持从155Mb/s到2.67Gb/s多速率。

速率不同，传输距离不同的光模块有很多只是前端光组件的差别，高速率SFP光模块BOM成本的90％都集中在光组件上。

由上图还可以看出，为了保证上电顺序，SFP光模块的金手指部分的长度是不一样的，最长的是信号地，其次是电源，最短的是信号，这样在插拔的时候就保证了地－电源－信号的顺序。

光发射组件 TOSA（Transmiter Optical Sub-Assembly）：常用的光发射组件由两大类，一类是采用发光二极管LED封装的TOSA，一类是采用半导体激光二极管LD封装的TOSA。

前者谱线宽，耦合效率低（虽然LED可以发出几毫瓦的光功率，但是方向性差，能耦合到光纤中用于传输的部分只占1％－2％），但是价格低，使用寿命长，在低速短距的情况下还是有少量的运用，常用于百兆以太网多模光纤中短距离的数据传输，波长一般是1300nm。