Печатные платы FR-4 - Печатная плата HDI оптического модуля

Оптический модуль состоит из оптоэлектронных устройств, функциональных схем и оптических интерфейсов. Оптоэлектронные устройства состоят из двух частей: излучающей и приемной. Функция оптического модуля заключается в преобразовании электрических сигналов в оптические на передающем конце, передаче их по оптическим волокнам, а затем преобразовании оптических сигналов в электрические на приемном конце.

Оптический модуль - это оптоэлектронное устройство, которое выполняет фотоэлектрическое и электрооптическое преобразование. Передающий конец оптического модуля преобразует электрические сигналы в оптические, а принимающий конец преобразует оптические сигналы в электрические. Оптические модули классифицируются в зависимости от формы их упаковки, обычно это SFP, SFP+, SFF, преобразователь интерфейса Gigabit Ethernet (GBIC) и т.д.

Оптические модули можно разделить на оптические приемные модули, оптические передающие модули, интегрированные в оптические приемопередатчики, и оптические передающие модули. Основная функция встроенного оптического приемопередающего модуля заключается в осуществлении оптоэлектронного/электрооптического преобразования, включая управление оптической мощностью, передачу модуляции, обнаружение сигнала и функции восстановления решения об ограничении усиления. К наиболее распространенным относятся SFP, SFP+, GBIC, XFP, 1x9 и др.

Современные сценарии применения оптических модулей можно разделить на две основные области: передача данных и телекоммуникационные сети. Сфера передачи данных в основном относится к интернет-центрам обработки данных и корпоративным центрам обработки данных. Телекоммуникационные сети в основном включают волоконно-оптические сети доступа, городские сети/магистральные сети и приложения для мобильных сетей, представленные сетями доступа 5G и абонентскими сетями.

Сценарий передачи данных в основном включает в себя большое количество сетевых коммутаторов и кластеров серверов, размещенных в главном помещении корпоративного центра обработки данных и интернет-центра обработки данных. Они являются ядром общего кабельного и информационно-сетевого оборудования, а также центром агрегации данных информационной сетевой системы. Соединение между серверами, коммутаторами, а также между серверами и коммутаторами требует использования носителей передачи, таких как оптические модули и оптические волокна, для обеспечения функциональной совместимости данных.

Телекоммуникационный сценарий в основном включает в себя использование сети мобильного доступа, а соединение устройств RRU и BBU осуществляется с помощью оптических модулей и волоконных перемычек. Городской уровень доступа, уровень агрегации, базовый уровень/магистральная линия связи в провинции, которые поддерживают сеть, в основном основаны на оптических модулях для обеспечения взаимосвязи между устройствами на каждом уровне, чтобы реализовать функции прямой и обратной передачи услуг 5G.

Оптические модули

К основным компонентам оптического модуля относятся:

1. CDR (синхронизация и восстановление данных): Функция микросхемы синхронизации и восстановления данных заключается в извлечении тактового сигнала из входного сигнала и определении соотношения фаз между тактовым сигналом и данными, что называется просто восстановлением тактовой частоты. Между тем, CDR также может компенсировать потерю сигналов в проводке и разъемах.

2. LDD (драйвер лазерного диода): Преобразует выходной сигнал CDR в соответствующий сигнал модуляции, чтобы заставить лазер излучать свет. Для различных типов лазеров требуется выбор различных типов чипов LDD. В многорежимных оптических модулях малой дальности (таких как 100G SR4) CDR и LDD, как правило, интегрированы на одном чипе.

3. TOSA: реализация электрического/оптического преобразования, в основном с использованием таких устройств, как лазеры, MPDs, TEC, изоляторы, мультиплексоры, соединительные линзы и т.д., которые выпускаются в виде TO-CAN, Gold BOX, COC (чип на чипе), COB (чип на плате) и других упаковочных формах. Для оптических модулей, применяемых в центрах обработки данных, TEC, MPD и изоляторы не являются обязательными для экономии средств. Mux доступен только в оптических модулях, требующих мультиплексирования с разделением длин волн. Кроме того, LDD некоторых оптических модулей также инкапсулированы в TOSA.

4. ROSA: Реализация оптико-электрического преобразования, в основном с использованием PD/APD, демультиплексора, соединительных компонентов и т.д., с типами упаковки, как правило, такими же, как у TOSA. PD используется для оптических модулей ближнего и среднего радиуса действия, в то время как APD в основном используется для оптических модулей дальнего действия.

5. TIA (трансимпедансный усилитель): Используется совместно с детекторами. Детектор преобразует световой сигнал в сигнал тока, а TIA преобразует текущий сигнал в сигнал напряжения определенной амплитуды. Мы можем просто представить его как большой резистор.

6. LA (Ограничивающий усилитель): Выходная амплитуда TIA будет изменяться в зависимости от изменения принимаемой оптической мощности. Функция LA заключается в преобразовании изменяющейся выходной амплитуды в электрический сигнал равной амплитуды, обеспечивая стабильное напряжение для CDR и цепей принятия решений. В высокоскоростных модулях LA обычно интегрируется с TIA или CDR.

7. MCU: отвечает за запуск базового программного обеспечения, мониторинг функций DDM, связанных с оптическими модулями, и выполнение определенных функций. Мониторинг DDM в основном обеспечивает мониторинг пяти аналоговых сигналов в режиме реального времени, включая температуру, напряжение VCC, ток смещения, мощность Rx и мощность Tx, для определения рабочего состояния оптического модуля и облегчения обслуживания оптической линии связи.

Оптический модуль, как основное устройство для осуществления оптоэлектронного преобразования в оптической связи, широко используется в центрах обработки данных. Традиционные центры обработки данных в основном используют низкоскоростные оптические модули 1G/10G, в то время как облачные центры обработки данных в основном используют высокоскоростные модули 40G/100G. В связи с быстрым ростом глобального сетевого трафика, обусловленным появлением новых приложений, таких как видео высокой четкости, потоковое вещание в реальном времени и виртуальная реальность, новые требования к приложениям, таким как облачные вычисления, сервисы IaaS и большие данные, предъявляют повышенные требования к передаче данных в центрах обработки данных в соответствии с будущими тенденциями развития. Это приведет в будущем к появлению оптических модулей с более высокими скоростями распространения.