[發明專利]一種雙通道光模塊雪崩光電二極管的反向偏置電路

有效

• 申請號: 201110307899.8
• 申請日: 2011-10-12
• 公開（公告）號: CN102386967A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 宋巖;周健;王婧
• 申請（專利權）人: 成都優博創技術有限公司
• 主分類號: H04B10/00
• 分類號: H04B10/00
• 代理公司: 泰和泰律師事務所 51219
• 代理人: 曾祥坤;楊栩

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，尤其涉及一種在雙通道光模塊中的升壓技術。

背景技術

光模塊技術已經非常成熟，但目前的挑戰主要在大容量、低成本、高密度幾個方面。低成本、低功耗通信設備的體積越來越小，接口板包含的接口密度越來越高，要求光電器件向低成本、低功耗的方向發展。小型化光收發模塊作為光纖接入網的核心器件推動了干線光傳輸系統向低成本方向發展，使得光網絡的配置更加完備合理。光收發模塊由光電子器件、功能電路和光接口等結構件組成，光電子器件包括發射和接收兩部分，發射部分包括LED、VCSEL、FP?LD、DFB?LD等幾種光源；接收部分包括PIN型和APD型兩種光探測器。目前的光通信市場競爭越來越激烈，通信設備要求的體積越來越小，接口板包含的接口密度越來越高。傳統的激光器和探測器分離的光模塊，已經很難適應現代通信設備的要求。為了適應通信設備對光器件的要求，光模塊正向高度集成的小封裝發展。可以說小封裝光收發模塊技術代表了新一代光通信器件的發展趨勢，是下一代高速網絡的基石。

高密度可插拔多源協議?（CSFP?MSA）國際聯盟定義了新的小型化可插拔光模塊，將現有流行的SFP/SFF封裝發展成為更先進、更為緊湊的CSFP/SFF封裝。CSFP/SFF封裝采用現有的SFP/SFF接口，可以大幅減少光收發模塊和光系統設備尺寸，顯著增加光通信端口密度，大幅提高光系統設備的數據吞吐量，具有巨大的市場應用價值。

CSFP/SFF僅有傳統SFP工業標準外型尺寸一半的雙向單通道收發器。通過利用高度集成的光學雙向組件（BOSA：Bi-directional?Optical?Sub-Assembly），CSFP大大減低了收發器的元器件成本和空間。雙通道的CSFP收發器則更進一步，同時使用兩個BOSA來實現原來同一外型尺寸下兩個通道的雙向收發。高度集成的光學雙向組件使得原來的SFP面板空間得到雙倍的利用從而提高了端口利用率。這些高度集成的CSFP/CSFF雙向收發器使得網絡系統供應商加倍了端口密度，提高了數據吞吐量，從而降低了網絡設備成本。

一般而言，光模塊的接收端是將通過光電二極管實現光電轉換，將光信號轉換為電流信號。而雪崩光電二極管(APD)由于其優異的靈敏度性能，應用非常廣泛。APD將光信號轉換為電流信號后，通過跨阻放大器（TIA）將電流信號轉換成電壓信號，而通過限幅放大器對輸出的電壓信號進行整形。

APD光電檢測器能對器件內部的光生載流子電流進行放大，即所謂內部倍增作用。這種倍增作用的大小與器件的工作偏置相關，其響應度隨偏置電壓的增加而增加，當其偏置接近擊穿電壓時，響應度急劇增加，這就是所謂的“雪崩”效應。

目前光模塊的工作電壓一般為3.3V，而APD所需的工作電壓高達幾十伏。光模塊內部采用的升壓電路一般都是非常成熟了的能夠實現DC/DC轉換功能的專用升壓芯片，如Linear的LT3482，Maxim的MAX5026等。通過專用升壓芯片能將輸入的電源電壓轉換成幾十伏的高壓輸出。

雪崩電壓?（Avalanche?Voltage）為APD雪崩擊穿達到臨界值時產生的一種最大電壓，一般來講，在APD上偏置的反向電壓越接近雪崩電壓，APD的光電流增益就越大，所以在光電模塊中一般將APD上的偏置反向電壓設置在比雪崩電壓低2-4伏特左右，此時APD的靈敏度特性處于最佳的區間。

而即使采用完全相同的生產工藝，不同的APD芯片其雪崩電壓差異也很大，最大差異甚至可能超過10伏。這樣，為了保證雙通道CSFP模塊的接收靈敏度性能，必須在電路中設計兩個升壓電路。對于高密度CSFP模塊而言，布板面積有限，復雜的升壓電路芯片及外圍電路占用了大量的布板面積，有時無法滿足電路板設計的要求。

現有的技術，為了給雙通道APD分別提供反向偏置電壓，采用了復雜的結構設計，盡可能的挖掘布板面積，從而實現兩路升壓電路分別控制兩路APD芯片。這樣做的缺點是犧牲了產品裝配的簡便性和產品的可靠性，大幅增加了成本。如圖1所示（圖1是現有技術的雙通道光模塊的APD反向電壓偏置電路示意圖），微處理器的兩個數字模擬轉換輸出管腳輸出模擬控制信號DAC1和DAC2，分別控制第一升壓電路和第二升壓電路的偏置電壓輸出，分別經過第一鏡像電流源和第二鏡像電流源將電壓反相偏置在各自的APD上，第一鏡像電流源和第一RSSI（Received?Signal?Strength?Indication，接收信號強度指示）監測電路用于通道1的接收強度監測功能，第二鏡像電流源和第二RSSI監測電路用于通道2的接收強度監測功能。

發明內容