一种光模块的制作方法

1.本技术涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种光模块。


背景技术：

2.在云计算、移动互联网、视频等新型业务和应用模式，均会用到光通信技术。而在光通信中，光模块是实现光电信号相互转换的工具，是光通信设备中的关键器件之一。并且随着5g网络的快速发展，处于光通信核心位置的光模块得到了长足的发展。其中，对于光模块的信号发射，可以采用vcsel(vertical cavity surface emitting laser，垂直共振腔表面放射激光)、eml(electlro-absorption modulated laser，电吸收调制激光器)等类型的信号发射方式。
3.而随着传输速率的提高，电源噪声对高频信号影响越来越明显，因此通常在激光器的驱动电路上直接设置低噪声电源，如直流驱动电流源，用于降低电源噪声对高频信号的影响。然而在高速率eml内的驱动电路上设置低噪声电源设计难度较大并且制造成本较高，因此在高速率eml内的驱动电路上通常不包括低噪声电源，需要在eml具体使用时设计连接单独的低噪声电源进行驱动。在设计过程中需要对eml的直流驱动电流进行调节，在满足发光工作的前提下还要满足协议对开启时间小于1ms和关断时间小于10us的时间要求。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种光模块，用于实现激光器的快速开启与关断。
5.本技术提供的一种光模块，包括：
6.电路板；
7.光发射组件，与所述电路板电连接，用于产生信号光；
8.mcu，设置在所述电路板上，用于输出使能控制信号；
9.直流驱动电流源，设置在所述电路板上，输出直流驱动电流；
10.激光驱动器，设置在所述电路板上，连接所述mcu，用于输出电吸收调制信号；
11.所述光发射组件包括：
12.激光器，阳极用于接收所述直流驱动电流、阴极与电线接地端连接，当阳极接收到所述直流驱动电流时，发出不携带信号的光；
13.电吸收调制器，连接所述激光驱动器，根据所述电吸收调制信号调制处理所述不携带信号的光，获得信号光；
14.所述光模块还包括：
15.使能电路，设置在所述电路板上，第一输入端接收所述使能控制信号，第二输入端接收所述直流驱动电流，第一输出端连接耗电元件，第二输出端连接所述激光器的阳极，基于接收到的所述使能控制信号输出切换使所述耗电元件或所述激光器接收所述直流驱动信号。
16.本技术提供的光模块，包括电路板、光发射组件、mcu、直流驱动电流源、使能电路
和耗电元件。使能电路的第一输入端连接mcu以及第二输入端连接直流驱动电流源，使第一输入端用于接收mcu发出的使能控制信号以及第二输入端用于接收直流驱动电流源输出的直流驱动电流，第一输出端连接耗电元件以及第二输出端连接激光器，进而使能电路在mcu的控制下进行输出切换，使直流驱动电流流向耗电元件或激光器。当使能电路将直流驱动电流源输出的直流驱动电流输入至光激光器，激光器开启，激光器发光并在电吸收调制器调制作用下产生信号光，进而实现光发射组件发光工作的开启；当使能电路将直流驱动电流源输出的直流驱动电流输入至耗电元件，激光器关断，光发射组件中的激光器停止发光，进而实现光发射组件发光工作的关断。
17.因此，本技术提供的光模块，通过使能电路实现了光发射组件发光工作的开启与关断，由于直流驱动电流源处于不关断的状态，而信号控制使能电路切换导通方向所用时间是us级的，进而实现了光模块中光发射组件发光工作的快速开启和关断，满足光模块协议对开启时间小于1ms和关断时间小于10us的时间要求。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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。
19.图1为光通信终端连接关系示意图；
20.图2为光网络单元结构示意图；
21.图3为本技术实施例提供的一种光模块结构示意图；
22.图4为本技术实施例提供光模块分解结构示意图；
23.图5为本技术实施例提供的一种光模块的内部结构示意图；
24.图6为本技术实施例提供的一种光模块的内部结构框图；
25.图7为本技术实施例提供的一种光模块的内部电路原理图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
27.光通信的核心环节之一是光、电信号的相互转换。光通信使用携带信息的光信号在光纤/光波导等信息传输设备中传输，利用光在光纤/光波导中的无源传输特性可以实现低成本、低损耗的信息传输；而计算机等信息处理设备使用的是电信号，为了在光纤/光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，就需要实现电信号与光信号的相互转换。
28.光模块在光纤通信技术领域中实现上述光、电信号的相互转换功能，光信号与电信号的相互转换是光模块的核心功能。光模块通过其内部电路板上的金手指实现与外部上位机之间的电连接，主要的电连接包括供电、i2c信号、数据信号以及接地等；采用金手指实
现的电连接方式已经成为光模块行业的主流连接方式，以此为基础，金手指上引脚的定义形成了多种行业协议/规范。
29.图1为光通信终端连接关系示意图。如图1所示，光通信终端的连接主要包括光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103之间的相互连接；
30.光纤101的一端连接远端服务器，网线103的一端连接本地信息处理设备，本地信息处理设备与远端服务器的连接由光纤101与网线103的连接完成；而光纤101与网线103之间的连接由具有光模块200的光网络终端100完成。
31.光模块200的光口对外接入光纤101，与光纤101建立双向的光信号连接；光模块200的电口对外接入光网络终端100中，与光网络终端100建立双向的电信号连接；在光模块内部实现光信号与电信号的相互转换，从而实现在光纤与光网络终端之间建立信息连接；具体地，来自光纤的光信号由光模块转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块转换为光信号输入至光纤中。
32.光网络终端具有光模块接口102，用于接入光模块200，与光模块200建立双向的电信号连接；光网络终端具有网线接口104，用于接入网线103，与网线103建立双向的电信号连接；光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接，具体地，光网络终端将来自光模块的信号传递给网线，将来自网线的信号传递给光模块，光网络终端作为光模块的上位机监控光模块的工作。
33.至此，远端服务器通过光纤、光模块、光网络终端及网线，与本地信息处理设备之间建立双向的信号传递通道。
34.常见的信息处理设备包括路由器、交换机、电子计算机等；光网络终端是光模块的上位机，向光模块提供数据信号，并接收来自光模块的数据信号，常见的光模块上位机还有光线路终端等。
35.图2为光网络终端结构示意图。如图2所示，在光网络终端100中具有电路板105，在电路板105的表面设置笼子106；在笼子106内部设置有电连接器，用于接入金手指等光模块电口；在笼子106上设置有散热器107，散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。
36.光模块200插入光网络终端中，具体为光模块的电口插入笼子106内部的电连接器，光模块的光口与光纤101连接。
37.笼子106位于电路板上，将电路板上的电连接器包裹在笼子中，从而使笼子内部设置有电连接器；光模块插入笼子中，由笼子固定光模块，光模块产生的热量传导给笼子106，然后通过笼子上的散热器107进行扩散。
38.图3为本技术实施例提供的一种光模块200的结构示意图，图4为本发明实施例提供光模块200的分解结构示意图。如图3和图4所示，本技术实施例提供的光模块200包括上壳体201、下壳体202、电路板203、解锁手柄204、光发射组件205和光接收组件206。
39.上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口的包裹腔体；包裹腔体的外轮廓一般呈现方形体，具体地，下壳体包括主板以及位于主板两侧、与主板垂直设置的两个侧板；上壳体包括盖板，盖板盖合在上壳体的两个侧板上，以形成包裹腔体；上壳体还可以包括位于盖板两侧、与盖板垂直设置的两个侧壁，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体盖合在下壳体上。
40.两个开口具体可以是在同一方向的两端开口(208、209)，也可以是在不同方向上
的两处开口；其中一个开口为电口208，电路板的金手指从电口208伸出，插入光网络单元等上位机中；另一个开口为光口209，用于外部光纤接入以连接光模块内部的光发射组件205和光接收组件206；电路板203、光发射组件205和光接收组件206等光电器件位于包裹腔体中。
41.采用上壳体、下壳体结合的装配方式，便于将电路板203、光发射组件205和光接收组件206等器件安装到壳体中，由上壳体、下壳体形成光模块最外层的封装保护壳体；上壳体及下壳体一般采用金属材料，利于实现电磁屏蔽以及散热；一般不会将光模块的壳体做成一体结构，这样在装配电路板等器件时，定位部件、散热以及电磁屏蔽结构无法安装，也不利于生产自动化。
42.解锁手柄204位于包裹腔体/下壳体202的外壁，用于实现光模块与上位机之间的固定连接，或解除光模块与上位机之间的固定连接。
43.解锁手柄204具有与上位机笼子匹配的卡合结构；拉动解锁手柄的末端可以在使解锁手柄在外壁的表面相对移动；光模块插入上位机的笼子里，由解锁手柄的卡合结构将光模块固定在上位机的笼子里；通过拉动解锁手柄，解锁手柄的卡合结构随之移动，进而改变卡合结构与上位机的连接关系，以解除光模块与上位机的卡合关系，从而可以将光模块从上位机的笼子里抽出。
44.光发射组件205和光接收组件206，分别用于实现光信号的发射与光信号的接收。光发射组件205和光接收组件206也可以结合在一起形成光收发一体结构。
45.电路板203上设置有电路走线、电子元件(如电容、电阻、三极管、mos管)及芯片(如微处理器mcu、激光驱动芯片、限幅放大器、时钟数据恢复cdr、电源管理芯片、数据处理芯片dsp)等。
46.电路板203通过电路走线将光模块中的用电器件按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等电功能。
47.电路板203一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；当光发射组件205和光接收组件206位于电路板上时，硬性电路板也可以提供平稳的承载；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中，具体地，在硬性电路板的一侧末端表面形成金属引脚/金手指，用于与电连接器连接；这些都是柔性电路板不便于实现的。
48.部分光模块中也会使用柔性电路板，作为硬性电路板的补充；柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，如硬性电路板与光收发器件之间可以采用柔性电路板连接。
49.图5为本技术实施例提供的一种光模块的内部结构示意图。如图5所示，光模块中的电路板203设置有mcu301、激光驱动器302、直流驱动电流源303和使能电路304。光发射组件205和光接收组件206通过柔性电路板连接电路板203。
50.mcu301连接激光驱动器302，同时mcu301还连接使能电路304，mcu301用于向激光驱动器302和使能电路304输出控制信号，如mcu301向使能电路304输出使能控制信号。直流驱动电流源303用于输出直流驱动电流，为光发射组件205产生光信号提供直流驱动电流。使能电路304包括第一输入端和第二输入端，用于接收使能控制信号和直流驱动电流。
51.具体的：使能电路304的第一输入端连接mcu301，使能电路304通过其第一输入端接收mcu301输出的使能控制信号；使能电路304的第二输入端连接直流驱动电流源303，使
能电路304通过其第二输入端接收直流驱动电流源303输出的直流驱动电流。使能电路304的输出端连接光发射组件205，进而使能电路304根据接收到的使能控制信号控制是否向光发射组件205输出直流驱动电流。当向光发射组件205输出直流驱动电流，光发射组件205开启，当不向光发射组件205输出直流驱动电流，光发射组件205关断，进而实现光发射组件205发光工作开启和关断的控制。
52.具体的：当使能电路304接收到向光发射组件205输出直流驱动电流的使能控制信号时，使能电路304根据接收到的该使能控制信号向光发射组件205输出直流驱动电流，光发射组件205接收到直流驱动电流，则实现发射组件发光工作的开启；当使能电路304接收到不向光发射组件205输出直流驱动电流的使能控制信号时，使能电路304根据接收到的该使能控制信号不向光发射组件205输出直流驱动电流，光发射组件205接收不到直流驱动电流，则实现光发射组件205发光工作的关断。
53.其中，激光驱动器302和使能电路304分别连接光发射组件205。激光驱动器302和使能电路304协作用于实现光发射组件205产生信号光。
54.可选的，mcu301输出的使能控制信号为低电平，使能电路304根据低电平状态的使能控制信号，使直流驱动电流输入至光发射组件205；mcu301输出的使能控制信号为高电平，使能电路304根据高电平状态的使能控制信号，使直流驱动电流不向光发射组件205输入，如向耗电元件中输入。
55.图6为本技术实施例提供的一种光模块的内部结构框图。如图6所示，本技术实施例提供的光发射组件205中设置有激光器和电吸收调制器(eam，electro absorption modulator)。另外，还可以设置用于为激光器和电吸收调制器进行控温的热电制冷器(thermoelectric cooler，tec)等。
56.激光驱动器302的输出端连接光发射组件205中的eam，使能电路304的输出端光发射组件205中的连接激光器。激光器接收到直流驱动电流发出不携带信号的光，激光驱动器302驱动电吸收调制根据电吸收调制信号将该不携带信号的光调制为信号光，进而实现激光驱动器302和使能电路304协作使激光器和eam协作产生信号光。
57.进而，当使能电路304接收到向光发射组件205输出直流驱动电流的使能控制信号时，使能电路304根据接收到的该使能控制信号向激光器输出直流驱动电流，激光器接收到直流驱动电流，则实现发射组件发光工作的开启；当使能电路304接收到不向光发射组件205输出直流驱动电流的使能控制信号时，使能电路304根据接收到的该使能控制信号不向激光器输出直流驱动电流，激光器接收不到直流驱动电流，则实现光发射组件205发光工作的关断。
58.可选的，使能电路304包括第一输出端或第二输出端，第一输出端空载或连接耗电元件305，第二输出端连接激光器。进而，当使能电路304使能控制信号导通第二输出端时，直流驱动电流流向激光器，激光器开启发光；当使能电路304使能控制信号导通第二输出端时，直流驱动电流流向耗电元件305，激光器关断。
59.在本技术实施例提供的光模块中，直流驱动电流源303处于不关断的状态，即保持直流驱动电流源303输出不关断的状态，mcu301输出使能控制信号控制使能电路304是否将直流驱动电流输向光发射组件205中的激光器，进而使能电路实现了光发射组件205发光工作的开启与关断。在本技术实施例中，在实现光发射组件205发光工作的开启与关断的过程
中不需要进行直流驱动电流，节省了因为开启与关断直流驱动电流的时间。而使能控制信号控制使能电路开启或关断所用时间是us级的，因此本技术实施例，通过使能电路304实现了光发射组件205发光工作的开启与关断的us级时间控制，满足光模块协议对开启时间小于1ms和关断时间小于10us的时间要求。
60.可选的，使能电路包括模拟开关。模拟开关的第一输入端连接mcu，接收mcu输出的使能控制信号；模拟开关的第二输入端连接直流驱动电流源，接收直流驱动电流源输出的直流驱动电流；模拟开关的输出端连接光发射组件。模拟开关根据接收到的使能控制信号，控制模拟开关的开启或关断实现是否向光发射组件输送直流驱动电流的控制。如，mcu输出的使能控制信号为低电平，模拟开关导通，使直流驱动电流输入至光发射组件；mcu输出的使能控制信号为高电平，模拟开关断开，使直流驱动电流不向光发射组件输入。进而本技术实施例提供的光模块中，通过模拟开关实现光发射组件205发光工作开启和关断的控制。
61.进一步，本技术实施例中，使能电路包括的模拟开关为单刀双掷模拟开关，即模拟开关包括两个输出端。单刀双掷模拟开关的第一输入端连接mcu，接收mcu输出的使能控制信号；单刀双掷模拟开关的第二输入端连接直流驱动电流源，接收直流驱动电流源输出的直流驱动电流；单刀双掷模拟开关的第一输出端空载或连接耗电器件，单刀双掷模拟开关的第二输出端连接光发射组件。单刀双掷模拟开关根据接收到的使能控制信号，控制单刀双掷模拟开关的开启或关断的方向，进而实现是否向光发射组件输送直流驱动电流的控制。如，mcu输出的使能控制信号为低电平，单刀双掷模拟开关第一输出端方向关断、第二输出端方向导通，使直流驱动电流输入至光发射组件；mcu输出的使能控制信号为高电平，单刀双掷模拟开关第一输出端方向导通、第二输出端方向关断，使直流驱动电流不向光发射组件输入。
62.在本技术实施例中，耗电器件的输入端连接单刀双掷模拟开关第一输出端，耗电器件的输出端与电线接地端连接。耗电器件可选二极管或电阻等，二极管和电阻承载电流的能力不低于光发射组件中激光器的电流承载能力。可选的，二极管或电阻与激光器具有承载相同电流的能力。进而在实现光发射组件发光工作的开启和关断过程中，通过二极管或电阻等，避免直流驱动电流源303输出的直流驱动电流过冲，进而可有效避免直流驱动电流过冲导致激光器失效。
63.在本技术实施例中，mcu可通过上位机软件控制，如上位机通过金手指的i2c引脚与mcu通信向mcu发送激光器关断或开启指令；或者系统通过金手指的tx-disable引脚向mcu发送电压型使能信号指令，使激光器关断或开启。如，上位机通过金手指的tx-disable引脚向mcu发送高低电平电压型指令使激光器关断或开启指令，高电平用于使激光器关断、低电平用于使激光器开启。或，上位机向mcu发送使能信号，该使能信号用于使mcu输出使能控制信号，mcu接收上位机发送的该使能信号，根据该使能信号向使能电路发送使能控制信号。
64.可选的，mcu根据接收到的上位机下发的激光器关断或开启指令输出使能控制信号。如，若mcu接收到激光器开启指令，根据软件开启指令输出低电平状态的使能控制信号；若mcu接收到激光器关断指令，根据软件关断指令输出高电平状态的使能控制信号。
65.可选的，mcu根据接收到上位机通过金手指的tx-disable引脚向mcu发送电压型使能信号指令输出使能控制信号。如，若上位机向mcu发送使能信号为低电平，根据接收到的
使能信号mcu输出低电平状态的使能控制信号；若上位机向mcu发送使能信号为高电平，根据接收到的使能信号mcu输出高电平状态的使能控制信号。
66.图7为本技术实施例提供的一种光模块的内部电路原理图，图7示出了激光器ld驱动开启和关断的原理电路。如图7所示，本技术实施例中，使能电路304包括单刀双掷模拟开关3041，耗电元件305包括二极管3051。单刀双掷模拟开关3041的第一输入端连接mcu301，接收mcu301输出的使能控制信号；单刀双掷模拟开关3041的第二输入端连接直流驱动电流源303，接收直流驱动电流源输出的直流驱动电流；单刀双掷模拟开关3041的第一输出端a连接二极管3051；单刀双掷模拟开关3041的第二输出端b连接光发射组件205中的激光器ld。其中，二极管3051的正极连接单刀双掷模拟开关3041的第一输出端a，二极管3051的负极与电线接地端连接。
67.单刀双掷模拟开关3041根据从mcu301接收到的使能控制信号，控制直流驱动电流源303所输出的直流驱动电流的流向。当单刀双掷模拟开关3041导通第一输出端a方向时，直流驱动电流流向二极管3051；当单刀双掷模拟开关3041导通第二输出端b方向时，直流驱动电流流向激光器ld。因此，本技术实施例通过mcu301控制输出的使能控制信号，实现单刀双掷模拟开关3041导通方向的控制，进而是实现对光发射组件205中激光器ld开启和关断的控制。二极管3051与激光器ld具有承载相同电流的能力，有助于避免直流驱动电流源303输出的直流驱动电流过冲，进而可有效避免直流驱动电流过冲导致激光器ld失效。
68.可选的，当mcu301输出低电平状态的使能控制信号，单刀双掷模拟开关3041导通第二输出端b方向，直流驱动电流流向激光器ld，激光器ld被驱动开启。优选的，当mcu301输出高电平状态的使能控制信号，单刀双掷模拟开关3041导通第一输出端a方向，直流驱动电流流向二极管3051，激光器ld被驱动关断。
69.进一步，在本实施例中，二极管3051可替换为具有承载相同电流能力的电阻，但不局限于电阻。
70.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。