一种信号传输方法及光模块与流程

1.本发明属于信号传输技术领域，具体地涉及一种信号传输方法及光模块。


背景技术：

2.当前光模块的传输速率主要是155mb/s、622mb/s、1.25gb/s、3.125gb/s、6gb/s、10gb/s、25gb/s等等。而一只光模块可以兼容的速率通常为：155mb/s~3.125gb/s、1.25gb/s~10.3gb/s、1.25gb/s~25gb/s等等。目前及今后相当长时间国内外将继续生产此类主要用于数据类信号传输的模块或者速率更高的光模块。
3.由于光纤传输取代电信号传输已成趋势，势必要求一些控制信号和数据信号一起通过光纤进行传输。这就要求光模块既能同时传输1.25gb/s~10.3gb/s的数据信号，又能传输1khz~100khz的控制信号。但是现有的高速传输光模块由于光接收端跨阻放大器低频带宽截止的问题无法同时传输高速数据信号1.25gb/s~10.3gb/s和低频控制信号1khz~100khz的问题，特别是低频速率《50khz的情况。
4.现有为了传输高速信号和低速信号常规解决方案是采用两个光模块，分别传输高速1.25gb/s~10.3gb/s和低速1khz~100khz信号。
5.采用现有的上述方式，其存在以下问题：采用两个光模块同时实现高速信号和低速信号的传输，其成本高，且封装空间大。


技术实现要素：

6.为了解决现有光模块中因为跨阻放大器低频带宽截止的问题导致不能同时传输高速信号和低速信号的问题，本发明提供一种信号传输方法及光模块，其可同时传输高频信号和低频信号且不需要两个光模块，封装空间小。
7.本发明的目的通过以下技术方案来实现：本发明第一方面提供一种光模块，包括：信号接收端，所述信号接收端包括用于接收第一信号的第一信号接收端和用于接收第二信号的第二信号接收端；发射端电路，所述发射端电路对所述第一信号和第二信号进行处理并发射；接收端电路，所述接收端电路包括用于接收所述发射端电路发射信号的光电探测器、用于将所述光电探测器输出信号转换成电压信号的跨阻放大器、对所述跨阻放大器的输出信号进行限幅输出的第一输出支路、用于镜像所述跨阻放大器的rssi电流信号的镜像电路和用于对所述镜像电路输出电流进行处理以解析出所述第二信号的第二输出支路，所述第一信号的频率大于所述跨阻放大器的低频截止频率，所述第二信号的频率小于所述跨阻放大器的低频截止频率。
8.在一种可能的设计中，所述发射端电路包括：用于对所述第一信号进行滤波处理的第一驱动电路；用于对所述第二信号进行滤波处理的第二驱动电路；
用于发射所述第一驱动电路、第二驱动电路输出信号的光发射单元。
9.在一种可能的设计中，所述第二驱动电路包括用于隔除第二信号接收端交流信号的第一信号处理电路和用于调节所述第一信号处理电路输出电压强度的调节电路。
10.在一种可能的设计中，所述第二输出支路包括用于将所述光电探测器的rssi电流信号转换为电压信号的射极跟随器、用于耦合所述射极跟随器信号输出端信号的耦合电容和用于放大所述耦合电容耦合电压的信号放大电路。
11.在一种可能的设计中，所述第二输出支路还包括连接在所述信号放大电路输出端以屏蔽噪音信号的第二信号处理电路。
12.在一种可能的设计中，所述第二信号处理电路包括比较器和连接在所述比较器一输入端的分压电路。
13.在一种可能的设计中，所述射极跟随器的输出端连接有一光功率采样电路。
14.本发明第二方面提供一种信号传输方法，包括以下步骤：获取第一信号和第二信号，所述第一信号的频率大于一临界频率，所述第二信号的频率小于所述临界频率；对所述第一信号和第二信号进行滤波处理后进行发射；采用光电探测器接收第一信号和第二信号；采用跨阻放大器将光电探测器输出信号转化为电压信号后进行限幅输出以解析数第一信号的同时根据光电探测器的rssi电流大小变化解析出第二信号，所述临界频率为所述跨阻放大器的低频截止频率。
15.本发明与现有技术相比，至少具有以下优点和有益效果：本发明的方案采用一个光纤实现信号传输，通过阻放大器及第一输出支路对高速信号进行解析，通过对光电探测器的rssi电流大小的变化解析出低速的信号，实现单根光纤同时实现高速和低速信号的传输，减小封装空间。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1 为本发明光模块的原理图；图2 为本发明一具体实例中涉及第一信号处理部分的电路图；图3 为本发明一具体实例中涉及第二信号发射部分的电路图；图4 为本发明一具体实例中涉及第二信号接收部分的电路图；图5为本发明一具体实例中的电路原理图及引脚关系。
具体实施方式
18.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出
的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.现有的光模块的发射端电路、接收端电路分别基于激光器、光电探测器，激光器用于发射光信号，光电探测器用于将激光器经光纤传输的光信号转换为电信号。其光电探测器输出的光信号经跨阻放大器进行放大后输出，由于跨阻放大器存在低频截止频率，故基于跨阻放大器对信号进行放大后的信号其频率一定大于该跨阻放大器的低频截止频率。对此，为了解决基于跨阻放大器的光模块其仅能传输大于跨阻放大器低频截止频率的信号的传输，如图1所示，本发明公开一种光模块，包括信号接收端、发射端电路和接收端电路。
25.信号接收端包括用于接收第一信号的第一信号接收端和用于接收第二信号的第二信号接收端。第一信号为高速信号，其频率大于跨阻放大器低频截止频率，第一信号可以为cml信号、pecl信号、ecl信号、lvds信号等；第二信号为低速信号，其频率小于跨阻放大器低频截止频率，第二信号可以是控制信号ttl、rs232接口电平等。发射端电路对所述第一信号和第二信号进行处理并发射。接收端电路包括用于接收所述发射端电路发射信号的光电探测器、用于将所述光电探测器输出信号转换成电压信号的跨阻放大器、对所述跨阻放大器的输出信号进行限幅输出的第一输出支路、用于镜像所述跨阻放大器的rssi电流信号的镜像电路和用于对所述镜像电路输出电流进行处理以解析出所述第二信号的第二输出支路。
26.本发明通过在接收端电路增设一第二输出支路，利用第二输出支路对光电探测器的rssi电流进行处理以解析出低速的第二信号，整个电路只需要单光纤即可实现高速和低速两种信号的传输，简化电路结构，减小对封装面积的要求。
27.基于上述原理，具体的，发射端电路包括用于对所述第一信号进行滤波处理的第
一驱动电路、用于对所述第二信号进行滤波处理的第二驱动电路和用于发射所述第一驱动电路、第二驱动电路输出信号的光发射单元。光发射单元即上述的激光器。
28.为了便于对光发射单元即激光器的发光功率，所述第二驱动电路包括用于隔除第二信号接收端交流信号的第一信号处理电路和用于调节所述第一信号处理电路输出电压强度的调节电路。
29.具体的，所述第二输出支路包括用于将所述光电探测器的rssi电流信号转换为电压信号的射极跟随器、用于耦合所述射极跟随器信号输出端信号的耦合电容和用于放大所述耦合电容耦合电压的信号放大电路。
30.在上述第二输出支路结构的基础，为了屏蔽掉一些杂散的噪音信号，在所述信号放大电路输出端连接一以屏蔽噪音信号的第二信号处理电路。具体的，第二信号处理电路包括比较器和连接在所述比较器一输入端的分压电路。通过分压电路来设置阈值电压，以屏蔽掉杂散的噪音信号。
31.为了便于对光链路安装异常进行检测，在射极跟随器的输出端连接有一光功率采样电路。具体的，光功率采样电路也可采用分压电路实现。
32.示例性的，参照图2至图5，本示例中第一信号为cml；第二信号ttl。
33.针对cml的高速数据，如图2所示，第一信号接收端td+、td-，芯片u1为gn1157或者eoc5002，芯片u1部分结构、芯片u3及芯片u1pin17、pin16与芯片u3之间的电路构成第一驱动电路，实现对第一信号的整形滤波后送入激光器tosa的ld+、ld-。激光器tosa进行调制光发射。芯片u4集成了光电探测器、跨阻放大器和镜像电路。rosa接收到光数据信号后转换为电信号，经电容c17、电容c16、芯片u1的限幅放大器构成的第一输出支路处理后再经芯片u1的pin2、pin2将cml信号送至第一信号输出端口rd+、rd-，从而完成整个cml电平光电转换传输的闭环传输。
34.针对ttl信号的低速控制信号：如图3所示，第二信号接收端encoderin，芯片u5为一高速开关，芯片u5、电感l1、l2、l4、l5构成第一信号处理电路；调节电路包括芯片u2及其外围电路，芯片u2构成正反馈电路，实现第一信号处理电路输出电压强度的调节。当encoderin为高电平时，芯片u5的pin5脚就为高电平，此时激光器的ld-就为高，激光器ld无新增电流流过，即激光器发光功率不变。当encoderin为低电平时，芯片u5的pin5脚就为低电平，此时激光器的ld-就为低，激光器ld有新增电流流过，即激光器发光功率变大。通过ld发光功率的变化，就可以将encoderin的ttl信号以光的形式发射出去。aop_dac调制激光器ld发光功率变化强弱。通过控制aop_dac 输入电压，即可以控制芯片u2 pin4 脚的输出电压，从而达到控制ld新增电流的大小。aop_dac输入范围0 ~ 2.5v，芯片u2的pin4脚输出电压0~3.75v，控制输出的时候要限制到小于1.5v，避免激光器彻底不发光，因为此时高速cml交流信号必须要一个恒流的在持续发光的激光器进行信号加载。
35.镜像电路集成于芯片u4，经pin7脚输出rssi电流。如图4所示，芯片u7及其外围电路构成射极跟随器，将rssi电流信号转化成电压信号从pin4脚输出，pin4脚电压的变化部分即交流分量通过耦合电容c6耦合到芯片u6的pin1脚。芯片u6及其外围电路对耦合电容耦合电压进行信号放大。本实施例中，芯片u6是一个正反馈电路，实现对pin1脚输入信号200倍放大后输出。
36.芯片u8、电容c4、电感l8、电阻r21、电阻r27构成第二信号处理电路。其中，芯片u8是一个比较器，电阻r21、电阻r27构成一分压电路。芯片u6的pin4脚信号给到u8的pin4脚信号然后与u8的pin3脚阈值电压进行对比，最终从u8的pin1脚输出encoderout。其中r27和r21是用来设置阈值电压的，一般建议设置到50mv或者100mv，以屏蔽掉一些杂散的噪音信号。
37.电阻r15、电阻r22构成光功率采样电路。通过电阻r15、电阻r22分压采样芯片u7的输出，以检测rosa接收到光以后产生的光电流大小，以判断在整个模块光链路安装过程中是否正常。
38.通过上述示例，其构建的管光模块结构及其引脚接口如图5所示，其各引脚含义如下表1。
39.表1td+/td-高速1~10.3125g数据输入信号，是cml电平。
40.rd+/rd-高速1~10.3125g数据输出信号，是cml电平。
41.encoderin低速1khz~100khz控制输入信号，是ttl电平。
42.encoderin低速1khz~100khz控制输出信号，是ttl电平。
43.当然，本方案中该实例仅是为了说明本方案，以便于阅读本方案者理解，本不构成本方案的限制。
44.由于高速cml信号通过rosa的时候，产生的rssi电流恒定不变，所以encoderin变化导致ld发光功率变化，进而导致接收光探测器rssi电流变化。通过捕捉rssi电流的变化来恢复加载到ld上的encoderinttl信号。
45.通过上述方案，相比采用两个光模块实现低速信号和高速信号的传输，其只需要1只模块就可以完成传统方案两只光模块的功能，成本降低50%左右。
46.基于上述第一方面中的光模块原理和任意一种结构，本发明第二方面公开了一种信号传输方法，包括步骤s01至步骤s04。
47.步骤s01、获取第一信号和第二信号，所述第一信号的频率大于一临界频率，所述第二信号的频率小于所述临界频率。
48.步骤s02、对所述第一信号和第二信号进行滤波处理后进行发射。
49.步骤s03、采用光电探测器接收第一信号和第二信号。
50.步骤s04采用跨阻放大器将光电探测器输出信号转化为电压信号后进行限幅输出以解析数第一信号的同时根据光电探测器的rssi电流大小变化解析出第二信号，所述临界频率为所述跨阻放大器的低频截止频率。
51.本发明中第二方面公开的方法，其各步骤的具体实施方法，可参见第一方面中所述，在此不做赘述。
52.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光模块，其特征在于，包括：信号接收端，所述信号接收端包括用于接收第一信号的第一信号接收端和用于接收第二信号的第二信号接收端；发射端电路，所述发射端电路对所述第一信号和第二信号进行处理并发射；接收端电路，所述接收端电路包括用于接收所述发射端电路发射信号的光电探测器、用于将所述光电探测器输出信号转换成电压信号的跨阻放大器、对所述跨阻放大器的输出信号进行限幅输出的第一输出支路、用于镜像所述跨阻放大器的rssi电流信号的镜像电路和用于对所述镜像电路输出电流进行处理以解析出所述第二信号的第二输出支路，所述第一信号的频率大于所述跨阻放大器的低频截止频率，所述第二信号的频率小于所述跨阻放大器的低频截止频率。2.根据权利要求1所述的一种光模块，其特征在于，所述发射端电路包括：用于对所述第一信号进行滤波处理的第一驱动电路；用于对所述第二信号进行滤波处理的第二驱动电路；用于发射所述第一驱动电路、第二驱动电路输出信号的光发射单元。3.根据权利要求2所述的一种光模块，其特征在于，所述第二驱动电路包括用于隔除第二信号接收端交流信号的第一信号处理电路和用于调节所述第一信号处理电路输出电压强度的调节电路。4.根据权利要求1所述的一种光模块，其特征在于，所述第二输出支路包括用于将所述光电探测器的rssi电流信号转换为电压信号的射极跟随器、用于耦合所述射极跟随器信号输出端信号的耦合电容和用于放大所述耦合电容耦合电压的信号放大电路。5.根据权利要求4所述的一种光模块，其特征在于，所述第二输出支路还包括连接在所述信号放大电路输出端以屏蔽噪音信号的第二信号处理电路。6.根据权利要求5所述的一种光模块，其特征在于：所述第二信号处理电路包括比较器和连接在所述比较器一输入端的分压电路。7.根据权利要求4所述的一种光模块，其特征在于：所述射极跟随器的输出端连接有一光功率采样电路。8.一种信号传输方法，其特征在于，包括以下步骤：获取第一信号和第二信号，所述第一信号的频率大于一临界频率，所述第二信号的频率小于所述临界频率；对所述第一信号和第二信号进行滤波处理后进行发射；采用光电探测器接收第一信号和第二信号；采用跨阻放大器将光电探测器输出信号转化为电压信号后进行限幅输出以解析数第一信号的同时根据光电探测器的rssi电流大小变化解析出第二信号，所述临界频率为所述跨阻放大器的低频截止频率。

技术总结
本发明公开了一种信号传输方法及光模块，该光模块包括用于接收第一信号和第二信号的接收端；对所述第一信号和第二信号进行处理并发射的发射端电路；接收端电路包括用于接收所述发射端电路发射信号的光电探测器、用于将所述光电探测器输出信号转换成电压信号的跨阻放大器、对所述跨阻放大器的输出信号进行限幅输出的第一输出支路、用于镜像所述跨阻放大器的RSSI电流信号的镜像电路和用于对所述镜像电路输出电流进行处理以解析出所述第二信号的第二输出支路，所述第一信号的频率大于所述跨阻放大器的低频截止频率，所述第二信号的频率小于所述跨阻放大器的低频截止频率。其可同时传输高频信号和低频信号且不需要两个光模块，封装空间小。封装空间小。封装空间小。


技术研发人员：肖艾佑 高家有 李秋 罗洋 刘胜军
受保护的技术使用者：四川华丰科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/31