全文摘要
本实用新型涉及了一种400GPAM4高速光收发组件，包括光发射组件、光接收组件、激光器驱动芯片、限幅放大器、数字信号处理单元、MCU控制器、以及76pin电接口单元，所述光发射组件与激光器驱动芯片相连，用于实现电光信号的转换；所述光接收组件与限幅放大器相连，用于实现光电信号的转换；所述数字信号处理单元分别与激光器驱动芯片、限幅放大器以及76pin电接口单元相连，实现高速信号的实时提取及变换；所述MCU控制器与激光器驱动芯片、限幅放大器和数字信号处理单元相连，实现模块上电初始化配置及功能信号的控制。其光模块的高速率、高性能的特点，既满足网络流量的爆发性持续增长的需求，也为数据中心的下一代升级部署提供了高品质，兼容性优的产品。
主设计要求
1.一种400GPAM4高速光收发组件，包括光发射组件、光接收组件、电接口单元、激光器驱动单元、限幅放大器，所述光接收组件与限幅放大器的输入端电连接，用于实现光信号到电信号的转换；所述光发射组件与激光器驱动单元的输出端电连接，用于实现电信号到光信号的转换，其特征在于:还包括MCU控制器和数字信号处理单元，所述MCU控制器分别与激光器驱动单元、限幅放大器和数字信号处理单元电连接；所述数字信号处理单元的第一输入端与电接口单元的输出端电连接，用于接受电接口单元输入的电信号，所述数字信号处理单元的第一输出端与激光器驱动单元的输入端电连接，用于输出电信号给激光器驱动单元，用于驱动光发射组件发光；所述数字信号处理单元的第二输入端与限幅放大器的输出端电连接，用于接收限幅放大器输出的电信号，所述数字信号处理单元的第二输出端与电接口单元的输入端电连接，用于输出电信号给电接口单元。
设计方案
1.一种400G PAM4高速光收发组件，包括光发射组件、光接收组件、电接口单元、激光器驱动单元、限幅放大器，所述光接收组件与限幅放大器的输入端电连接，用于实现光信号到电信号的转换；所述光发射组件与激光器驱动单元的输出端电连接，用于实现电信号到光信号的转换，其特征在于:还包括MCU控制器和数字信号处理单元，所述MCU控制器分别与激光器驱动单元、限幅放大器和数字信号处理单元电连接；所述数字信号处理单元的第一输入端与电接口单元的输出端电连接，用于接受电接口单元输入的电信号，所述数字信号处理单元的第一输出端与激光器驱动单元的输入端电连接，用于输出电信号给激光器驱动单元，用于驱动光发射组件发光；所述数字信号处理单元的第二输入端与限幅放大器的输出端电连接，用于接收限幅放大器输出的电信号，所述数字信号处理单元的第二输出端与电接口单元的输入端电连接，用于输出电信号给电接口单元。
2.根据权利要求1所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述数字信号处理单元采用DSP芯片，所述DSP芯片集成有两个单元，第一单元将电接口单元发送的电信号经过第一组时钟数据恢复单元处理后发送到激光器驱动单元，用于驱动光发射组件发光，以获得更优的光信号；第二单元将限幅放大器输出的电信号再经过第二组时钟数据恢复单元处理后再发送给电接口单元，以得到更优的电信号。
3.根据权利要求2所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述DSP芯片的型号为DTS00123_IN015050。
4.根据权利要求1或2所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述激光器驱动单元、限幅放大器均采用PAM4调制技术，能支持PAM4信号的传输；数字信号处理单元的第一单元实现PAM4调试，数字信号处理单元的第二单元实现PAM4解调制。
5.根据权利要求1所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述MCU控制器与数字信号处理单元电连接，用于实现MCU控制器对数字信号处理单元的复位及初始化功能的控制。
6.根据权利要求1所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述MCU控制器与激光器驱动单元电连接，用于实现MCU对激光驱动芯片的disable功能的控制；所述MCU控制器与限幅放大器电连接，用于实现MCU对限幅放大器RSSI监控电压的控制。
7.根据权利要求1所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：电接口单元采用76pin电接口；光发射组件采用适用于PAM4的VCSEL激光器，光接收组件采用适用于PAM4的PIN半导体探测器。
8.根据权利要求1所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述光发射组件、光接收组件、激光器驱动单元、限幅放大器、数字信号处理单元、MCU控制器以及电接口单元均放置于带有EMI屏蔽弹片的金属结构组件内。
9.根据权利要求1所述的400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述光发射组件与光接收组件的光学接口采用MPO-24接口。
10.根据权利要求1所述的一种400G PAM4高速光收发组件，其特征在于：所述激光器驱动单元、限幅放大器芯片、光发射组件和光接收组件采用金丝键合技术，实现光芯片与电芯片之间的电气连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及光通信技术领域，尤其涉及一种400G PAM4高速光收发组件。
背景技术
随着全球数据中心业务、物联网以及高速移动网的快速发展，对网络的高带宽，大容量，高可靠性的要求也越来越高，400G技术的发展迫在眉睫。且随着400G技术成熟度不断的提高，400G技术标准的不断完善，400G PAM4高速光收发组件既满足网络流量的爆发性持续增长的需求，也为数据中心的下一代升级部署提供了高品质，兼容性优的产品,现有技术中还没有这种400G PAM4高速光收发组件。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种400G PAM4高速光收发组件，满足数据中心企业的网络流程的持续增长，同时满足低成本，低功耗的优势。
本实用新型是这样实现的：本实用新型公开了一种400G PAM4高速光收发组件，包括光发射组件、光接收组件、电接口单元、激光器驱动单元、限幅放大器，所述光接收组件与限幅放大器的输入端电连接，用于实现光信号到电信号的转换；所述光发射组件与激光器驱动单元的输出端电连接，用于实现电信号到光信号的转换，还包括MCU控制器和数字信号处理单元，所述MCU控制器分别与激光器驱动单元、限幅放大器和数字信号处理单元电连接；所述数字信号处理单元的第一输入端与电接口单元的输出端电连接，用于接受电接口单元输入的电信号，所述数字信号处理单元的第一输出端与激光器驱动单元的输入端电连接，用于输出电信号给激光器驱动单元，用于驱动光发射组件发光；所述数字信号处理单元的第二输入端与限幅放大器的输出端电连接，用于接收限幅放大器输出的电信号，所述数字信号处理单元的第二输出端与电接口单元的输入端电连接，用于输出电信号给电接口单元。
本实用新型的硬件包括光发射组件、光接收组件、激光器驱动芯片、限幅放大器、数字信号处理单元使用了支持更高速率400G的芯片方案。
进一步地，所述数字信号处理单元采用DSP芯片，所述DSP芯片集成有两个单元，第一单元将电接口单元发送的电信号经过第一组时钟数据恢复单元处理后发送到激光器驱动单元，用于驱动光发射组件发光，以获得更优的光信号；第二单元将限幅放大器输出的电信号再经过第二组时钟数据恢复单元处理后再发送给电接口单元，以得到更优的电信号。
数字信号处理单元第一单元将电接口单元单元输入进来的电信号进行时钟数据恢复后的电信号输出给驱动芯片，用于驱动激光器发光；数字信号处理单元第二单元接收限幅放大器输出的差分电信号，将失真信号进行数据恢复后，输出给76pin电接口单元。
进一步地，所述DSP芯片的型号为DTS00123_IN015050。
进一步地，所述激光器驱动单元、限幅放大器均采用PAM4调制技术，能支持PAM4信号的传输；数字信号处理单元的第一单元实现PAM4调试，数字信号处理单元的第二单元实现PAM4解调制。PAM4调制方式采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3),相比于NRZ调制技术，提供了更高的传输速率。
进一步地，所述MCU控制器与数字信号处理单元电连接，用于实现MCU控制器对数字信号处理单元的复位及初始化功能的控制。
进一步地，所述MCU控制器与激光器驱动单元电连接，用于实现MCU对激光驱动芯片的disable功能的控制；所述MCU控制器与限幅放大器电连接，用于实现MCU对限幅放大器RSSI监控电压的控制。
进一步地，电接口单元采用76pin电接口；光发射组件采用适用于PAM4的VCSEL激光器，光接收组件采用适用于PAM4的PIN半导体探测器。
进一步地，所述光发射组件与激光器驱动芯片相连，用于实现电信号到光信号的转换，光发射组件的带宽高达28G波特率，且具有较优的线性度，以获得更好的性能。所述光接收组件与限幅放大器相连，用于实现光信号到电信号的转换，光接收组件的带宽高达28G波特率，且具有较优的线性度，以获得更好的性能。
进一步地，所述光发射组件、光接收组件、激光器驱动单元、限幅放大器、数字信号处理单元、MCU控制器以及电接口单元均放置于带有EMI屏蔽弹片的金属结构组件内。
进一步地，所述光发射组件与光接收组件的光学接口采用MPO-24接口。
进一步地，所述激光器驱动单元、限幅放大器芯片、光发射组件和光接收组件采用金丝键合技术，实现光芯片与电芯片之间的电气连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的400G PAM4高速光收发组件，包括光发射组件、光接收组件、激光器驱动芯片、限幅放大器、数字信号处理单元、MCU控制器、以及76pin电接口单元，所述光发射组件与激光器驱动芯片相连，用于实现电光信号的转换；所述光接收组件与限幅放大器相连，用于实现光电信号的转换；所述数字信号处理单元分别与激光器驱动芯片、限幅放大器以及76pin电接口单元相连，实现高速信号的实时提取及变换；所述MCU控制器与激光器驱动芯片、限幅放大器和数字信号处理单元相连，实现模块上电初始化配置及功能信号的控制。
本实用新型的一种400G PAM4高速光收发组件包括数字信号处理单元，数字信号处理单元采用DSP芯片，所述DSP芯片集成有两个单元，第一单元将76pin电接口单元输入进来的电信号进行时钟数据恢复后的电信号输出给驱动芯片，用于驱动激光器发光；第二单元接收限幅放大器输出的差分电信号，将失真信号进行数据恢复后，输出给76pin电接口单元。
本实用新型的激光器驱动芯片和限幅放大器芯片采用PAM4信号调制技术，PAM4调制方式采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3),相比于NRZ调制技术，提供了更高的传输速率。
本实用新型的光发射组件与光接收组件的光学接口采用MPO-24接口，相比于MPO-12接口提供了更多的光路传输通道以及更高的传输速率。一根光纤由原来的传输8路光信号升级到一根光纤传输16路光信号，大大减少了巨大的光纤采购成本。
本实用新型采用金丝键合技术，将激光器驱动芯片、限幅放大器芯片、光发射组件以及光接收组件，用25um直径的金丝，通过wire bonding以最近距离封装在一个光学透镜内，实现了光电器件的小型化的优势。
光发射组件和光接收组件采用适用于PAM4的VCSEL激光器和PIN半导体探测器，具有带宽高，线性度优的特点。
本实用新型是配合400Gb\/s网络及数据中心的大量构建，提供一种高速率、大容量、高可靠性、成本低的400G PAM4高速光收发组件，来满足网络的爆发性持续增长的需求及大型数据中心的升级部署。
附图说明
图1为本实用新型的400G PAM4高速光收发组件的结构框架图；
图2为本实用新型的400G PAM4高速光收发组件的MCU控制器的电路图；
图3为本实用新型的400G PAM4高速光收发组件的数字信号处理单元的电路图；
图4为本实用新型的400G PAM4高速光收发组件的激光器驱动芯片的电路图；
图5为本实用新型的400G PAM4高速光收发组件的限幅放大器的电路图；
图6为本实用新型的一种400G PAM4高速光收发组件的PAM4调制技术眼图实例。
具体实施方式
下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1至图5，本实用新型实施例提供了一种400G PAM4高速光收发组件，包括光发射组件、光接收组件、激光器驱动芯片、限幅放大器、数字信号处理单元、MCU控制器、以及76pin电接口单元，所述光发射组件5与激光器驱动芯片3相连，用于实现电光信号的转换；所述光接收组件6与限幅放大器4相连，用于实现光电信号的转换；所述数字信号处理单元2分别与激光器驱动芯片3、限幅放大器4以及76pin电接口单元1相连，实现高速信号的实时提取及变换；所述MCU控制器7与激光器驱动芯片3、限幅放大器4和数字信号处理单元2相连，实现模块上电初始化配置及功能信号的控制。本实施例的MCU控制器型号为ADUCM320。本实施例的限幅放大器的型号为MATA38434。
进一步地，所述数字信号处理单元采用DSP芯片，所述DSP芯片集成有两个单元，数字信号处理单元第一单元将电接口单元单元输入进来的电信号进行时钟数据恢复后的电信号输出给驱动芯片，用于驱动激光器发光；数字信号处理单元第二单元接收限幅放大器输出的差分电信号，将失真信号进行数据恢复后，输出给76pin电接口单元。本实施例所述DSP芯片的型号为DTS00123_IN015050。
进一步地，所述激光器驱动单元、限幅放大器均采用PAM4调制技术，能支持PAM4信号的传输；数字信号处理单元的第一单元实现PAM4调试，数字信号处理单元的第二单元实现PAM4解调制。PAM4调制方式采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3),相比于NRZ调制技术，提供了更高的传输速率。
如图2所示，所述激光器驱动芯片与光发射组件相连，用于电光信号的转换。所述激光器驱动芯片的Driver单元采用PAM4调制技术，PAM4调制方式采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息(0、1、2、3),相比于NRZ调制技术，提供了更高的传输速率。激光器驱动芯片内部的比较器会对输入端的差分信号进行比较，来实时监控输入信号是否正常。当输入信号不正常时，会输出告警信号。激光器驱动芯片可以通过软件控制接口实现Ibias电流和ADC的精度的控制，对芯片的监控参数及输出参数的精度有很大的改善。本实施例的激光器驱动芯片的型号为MALD-38435。
进一步地，所述光发射组件5、光接收组件6、激光器驱动芯片3、限幅放大器4、数字信号处理单元2、MCU控制器7、以及76pin电接口单元1均置于带有更优效果的EMI屏蔽弹片的金属结构组件内。进一步地，所述带有更优效果的EMI屏蔽弹片的金属结构组件，有非常好的EMI屏蔽能力。
进一步地，所述光发射组件均为带宽高达28G波特率的垂直腔面发射激光器，要在多模光纤内支持100m的传输距离。作为本实施例的优选，光发射组件采用适用于PAM4调制技术的VCSEL光发射组件，相比于普通的垂直腔面发射激光器，具有带宽高，线性度优的特点，与所述驱动芯片相连，用以将电信号转换为光信号输出。
本实用新型的硬件包括光发射组件、光接收组件、激光器驱动芯片、限幅放大器、数字信号处理单元均使用了支持更高速率400G的芯片方案。
进一步地，所述光接收组件为带宽高达28G波特率的半导体探测器。作为本实施例的优选，所述光接收组件采用适用于PAM4调制技术的PIN光接收组件，所述PIN光接收组为半导体探测器，相比于普通的半导体探测器，具有带宽高，线性度优的特点，与所述限幅放大器相连，用以将接收到的光信号转换为电信号，实现光电转换。
进一步地，所述光发射组件与光接收组件的光学接口采用MPO-24接口，相比于MPO-12接口提供了更多的光路传输通道以及更高的传输速率。一根光纤由原来的传输8路光信号升级到一根光纤传输16路光信号，大大减少了巨大的光纤采购成本。
进一步地，所述激光器驱动芯片、限幅放大器芯片、光发射组件以及光接收组件，用25um直径的金丝，通过wire bonding以最近距离封装在一个光学透镜内，实现了光电器件的小型化的优势。
进一步地，所述激光器驱动单元、限幅放大器芯片、光发射组件和光接收组件采用金丝键合技术，实现光芯片与电芯片之间的电气连接。
本实用新型的工作原理为：将初始化配置文件downnload到SPI EEPROM芯片中，模块上电后，MCU会发控制命令给SPI EEPROM,SPI EEPROM将配置信息载入到数字信号处理单元，实现初始化及功能信号控制。MCU控制器与数字信号处理单元电连接，实现MCU对数字信号处理单元的复位及初始化等功能的控制。MCU控制器与激光器驱动单元电连接，实现MCU对激光驱动芯片的disable功能的控制；MCU控制器与限幅放大器电连接，实现MCU对限幅放大器RSSI监控电压的控制。
如图6所示，为本实用新型实施例提供的一种400G PAM4高速光收发组件的PAM4调制技术眼图实例。眼图由3部分构成，分别是有P3和P2构成的Inner 1，P2和P1构成的Inner2，以及P1和P0构成的Inner 3三个眼图，眼图的信号质量对400G光收发组件的传输性能有非常大的影响。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920797072.1
申请日:2019-05-30
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209710093U
授权时间:20191129
主分类号:H04B10/40
专利分类号:H04B10/40;H04B10/516
范畴分类:申请人:武汉联特科技有限公司
第一申请人:武汉联特科技有限公司
申请人地址:430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区流芳大道52号E地块12栋
发明人:刘泽旭;李林科;吴天书;杨现文;张健
第一发明人:刘泽旭
当前权利人:武汉联特科技有限公司
代理人:秦曼妮
代理机构:11228
代理机构编号:北京汇泽知识产权代理有限公司 11228
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计
标签：激光器论文; 信号放大器论文; 数字信号处理芯片论文;