Page 30 - 网络电信2023年9月刊

FA)光路耦合，实现12路并行数字信号的电光转换；接收单元的 图3 12路并行光模块光接收设计原理
原理与发射单元类似，12芯的FA接收12路已调光信号，传输至
电光解调单元，实现12路光信号的解调，电光解调单元输出12
路并行数字信号，经100欧姆阻抗匹配，最终输出12路并行高速
数字信号。

3 设计与实现
3.1 收发电路设计
收发电路的功能是实现数字信号的调制解调，是数字信号
光传输的基础，光发射部分的主要功能是实现数字信号的电光
转换，即将高速差分电信号转换为光信号输出，由激光器、激
光器驱动电路和MCU控制电路三部分组成，具有工作状态和监视
光功率输出的功能。模块内部的驱动电路包括对输出波形进行 在图3中，PIN探测器阵列芯片其单路最高速率为14 Gbps,
整形的缓冲级、电光调制、静态工作点调节以及保证发射光功 限幅放大器一般在时钟恢复电路和前置放大器之间，其主要功
率和消光比稳定的自动功率补偿和温度补偿电路。激光器阵列 能是把前置放大器输出的低噪声信号放大到一个固定的信号幅
将12路数字信号转换为12路光信号，再通过FA阵列光纤实现光 度，以便于其后数据判决电路和时钟恢复电路的工作，限幅放
输出，光发射电路如图2所示。 大器一般还提供信号丢失监测，当输入信号低于阈值时，将不
再检测该信号，接收部分输出电平为CML电平，所有的输出信号
图2 12路并行光模块光发射设计原理 都为差分信号，单通道最高速率高达14Gbps。
3.2 光路耦合设计
光路耦合直接影响数字光模块的发射光功率、接收灵敏
度和信号传输误码率，12路收发一体数字光模块发射部分采用
45°FA-MT进行光路耦合，接收部分则采用42.5°FA-MT进行耦
合，以减小光反射，提高信号传输质量。光芯片与FA进行耦合
后，光信号可通过光纤进行传输，光端口采用MT连接方式，便
于模块之间插拔测试。FA的作用是将产品内部的激光器阵列芯
片发出的光信号通过阵列光纤传输至产品外或接收产品外部的
光信号传输至探测器阵列芯片光敏面。因激光器单元和探测器
单元的发光窗口间距均为250μm, 为了便于激光器阵列、探测
器阵列的发光窗口与FA精确对位，FA光纤阵列的接口间距同
在图2中，激光器驱动电路主要功能是为激光器提供合适的 样设计为250 μm。激光器阵列芯片与探测器阵列芯片均采用
调制电流和偏置电流，采用国产化单路14 Gbps的VCSEL驱动器 垂直共振腔面射型激光(Vertical-Cavity Surface-Emitting
芯片，驱动芯片每一对差分输入阻抗为100 Ω,在驱动芯片外围 Laser, VCSEL)工艺，属于垂直腔面发射工艺，即贴装好的激光
有多个控制引脚，根据VCSEL激光器特性，通过I2C接口修改驱 器芯片垂直向上发光与FA尾纤近似垂直，根据光路反射原理，
动芯片的寄存器参数，分别对预加重、上升沿、全局告警进行 激光器阵列芯片和FA之间采用45°光路耦合，如图4所示。
调制电流、偏置电流、脉宽、峰值、极性等参数的设置，如修
图4 FA光路耦合示意图
改平均电流寄存器和调制电流寄存器，可以修改偏置电路和调
制电流，最终以确保模块工作在最佳状态。激光器阵列采用的
是中心波长为850nm的国产化VCSEL激光器阵列芯片，差分信号
最高传输速率为单路14Gbps。
光接收电路的主要功能是实现数字信号的光电转换，即将
光信号转换为高速差分电信号输出，由探测器、限幅放大电路
和MCU控制电路三部分组成，具有工作状态和监视响应电压输出
的功能。模块内部的限幅放大电路包括对输出电信号的接收放
大、整形缓冲、温度补偿、启动保护等功能，并实时进行光模
块的工作温度、增益、输出电平等参数的智能监控。探测器阵
列将12路光信号转换为12路数字信号，再通过BGA电引出端实现
FA光纤端面被研磨成约45°,激光器发出的光垂直入射到
差分信号输出，光接收电路如图3所示。
光纤后在45°端面发生全反射而进入光纤，从而实现光芯片与

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