一种基于PAM4的单波长100G光模块的BiasT电路的制作方法

一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路
技术领域
1.本发明涉及光通信技术领域，特别是涉及一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路。


背景技术：

2.目前，市面上大多数的100g光模块(如100gbase-lr4、100gbase-sr4、100g-cwdm4、100g-psm4)都是由4个25g并行数据通道所组成，四个光信号经过复用器汇合，然后耦合到光线路的同一根光纤上进行传输，这其中需要一系列的光学器件。为了降低成本且获得更高的传输效率，业内提出了100gsingle-lambda规范，遵循该规范的光模块都是使用单波长100g的pam4光信令和编码，有效减少了光发射器和光接收器使用个数(从4个减少到1个)，降低了光学复杂性和成本,100g single-lambda(即单波长100gbps)是一种使用pam4(4阶脉冲幅度调制编码)调制技术实现每波长100gbps传输的光学规范，在单个波长上使用pam4光信号意味着完整的100g数据流将由单个激光器进行传输，没有复用也没有并行，从而有效减少了光发射器和光接收器等光学器件。
3.目前，业内正在开发支持100g single-lambda技术的100gbase-dr、100gbase-fr(100g-fr)和100gbase-lr(100g-lr)光模块，参考图6所示，这些光模块通过使用dsp(digital signal processing，即数字信号处理技术)将4通道25g电信号转换为pam4光信号实现100g数据传输，其中接收单元全部为dsp处理，而发射单元在100g电信号转换为光信号时，参考图7所示，因为驱动器芯片(即driver芯片)直接集成在dsp芯片内部，在dsp芯片外部则需要设计一个bias t电路才能保证光模块的应用，bias t电路的设计需要结合dsp芯片特性、激光器特性以及单波长100g pam4光模块的设计要求进行，这个bias t电路的设计就是整个硬件电路设计的关键点。
4.bias t电路是eml激光器驱动的常规电路，由于业内光模块的速率越来越高、封装尺寸越来越小、成本需求越来越高，对bias t电路的设计要求也越来越高，如果bias t电路设计的方案不对，就会导致出现严重的后果，例如，bias电流裕量不够，导致模块光功率无法满足规格要求，或者批量生产无法满足要求，再就是bias t带宽不够，会导致眼图无法满足要求，无法应用。当前，业内pam4领域的bias t电路多是driver芯片提供的参考电路，传统的bias t电路，如图1所示，由一个高频电感和一个高频电容组成，传统的bias t电路带宽基本能满足100g以下低速率光模块的带宽要求，但在单波长100g pam4光模块技术领域，bias t电路还处于雏形期，传统bias t电路带宽无法满足单波长100g pam4光模块的要求，且在单波长100g pam4光模块bias t电路设计过程中，器件选型问题多、插入损耗大等问题，尚未得到有效的解决。
5.鉴于此，如何克服现有技术所存在的不足，如何设计高带宽的bias t电路是单波长100g pam4光模块推广应用过程中亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.当前，传统bias t电路相对成熟，但应用于单波长100g pam4光模块中，面临器件选型问题多、带宽低等问题，无法满足单波长100g pam4光模块的生产和市场化需求；针对上述传统的bias t电路应用于单波长100g pam4光模块中所表现出的不足，在传统bias t电路的基础上，本实用新型提供一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，具有带宽高、应用范围广等综合优势。
7.本实用新型提供一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，包括：
8.设于直流端的第一磁珠和第二磁珠，所述第一磁珠和所述第二磁珠串联连接，所述第一磁珠和所述第二磁珠用于提高bias t电路的带宽。
9.优选的，所述第一磁珠和所述第二磁珠型号相同。
10.优选的，所述第一磁珠和所述第二磁珠型号具体为blh03hg901sn1d。
11.优选的，还包括设于直流端的电感，所述电感在所述第一磁珠和所述第二磁珠串联连接后并联连接；其中，所述电感用于防止射频端的交流信号进入直流端。
12.优选的，所述电感型号具体为lqm18dn470m70。
13.优选的，所述电感的电感量为47μh，且精度为
±
20％。
14.优选的，还包括设于直流端的电阻，所述电阻与所述电感并联连接；其中，所述电阻为等效电阻。
15.优选的，所述等效电阻的阻抗值为330ω，且精度为
±
5％。
16.优选的，还包括设于射频端的电容，所述电容在所述电阻与所述电感并联连接后串联连接；其中，所述电容用于对直流端的直流信号进行阻隔。
17.优选的，所述电容的容值为0.1μf，且精度为
±
5％。
18.本实用新型提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，通过对磁珠数量及其型号进行科学合理的配置和选型，提高了单波长100g pam4光模块中bias t电路的带宽，该方案还同样适用于400g pam4光模块。
19.进一步的，本实用新型提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，在上述磁珠数量及其型号配置和选型完成后，还对单波长100g pam4光模块中bias t电路涉及的电感和电容同步进行选型，并通过bias t电路中磁珠、电感、电容和电阻之间的电路连接关系，实现了单波长100g pam4光模块中bias t电路各端口能更优匹配，使其满足后续量产需求，降低了单波长100gpma4光模块的设计改版风险。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。
21.图1是传统低速率光模块中的bias t电路示意图；
22.图2是本实用新型实施例1提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路示意图；
23.图3是本实用新型实施例1提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电
路仿真建模电路结构示意图；
24.图4是本实用新型实施例1提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路磁珠选型验证结果示意图；
25.图5是本实用新型实施例1提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路电感选型验证结果示意图；
26.图6是本实用新型实施例2提供的一种单波长100g pam4光模块原理图；
27.图7是本实用新型实施例2提供的一种单波长100g pam4光模块bias t电路连接示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，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的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。
29.在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
30.实施例一：
31.为了解决传统光模块中bias t电路应用于单波长100g pam4光模块过程中，器件选型问题多、带宽低，无法匹配单波长100g pam4光模块的生产和市场化需求的问题，在传统bias t电路的基础上，本实施例提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，如图2所示，包括设于直流端的第一磁珠和第二磁珠，所述第一磁珠和所述第二磁珠串联连接，所述第一磁珠和所述第二磁珠用于提高bias t电路的带宽；所述bias t电路，由三个端口组成，分别是直流端、射频端和直流射频端，3个端口通常以字母“t”的形状排列，而传统的bias t电路，如图1所示，仅由一个高频电感和一个高频电容组成，其中，电感设置于直流端，电容设于射频端，其带宽低，无法应用于单波长100gpam4光模块；为了进一步扩展带宽，在本实施例中，所述bias t电路在直流端还串联了两个磁珠，为了优化单波长100g pam4光模块的pcb的设计过程，做为一种优选的方案，所述第一磁珠和所述第二磁珠型号相同，这样可以省去了smd物料种类繁多以及不便于管理的问题，进一步的，通过仿真建模和验证，优选的，所述第一磁珠和所述第二磁珠型号具体为blh03hg901sn1d。
32.如图3所示，是本实施例提供的一种仿真建模方式，所述仿真建模和磁珠选型的验证过程如下：
33.仿真建模前期准备工作：dsp芯片一个(并且内置driver芯片)；pcb板一个(pcb板上布局布线及其等效阻抗已经确认)；至少一个光器件(所需的光器件fpc软板已经确认)；对应选型器件的data sheet参数供应商均已经提供；仿真建模软件。
34.根据传统bias t的工作原理，考虑仿真建模，高速线输入的pcb阻抗为差分线100欧，直流分量的加入需要考虑电源滤波，因此，在传统bias t直流端选择增加两个高频磁珠，即上文所述第一磁珠和所述第二磁珠，对比下面两个不同型号的磁珠：
35.series-blh03hg901sn1d_50ghz.s2p；(下文简称：blh03)
36.de-series_blm03hd471.s2p。(下文简称：blm03)
37.仿真波形如图4所示，blm03磁珠运用在30ghz时插入损耗开始下将至40ghz的-2.0db，插入损耗较大，而blh03在50ghz前插入损耗小于-0.5db，针对单波长100g pam4光模块的通信速率，波特率为50g hz，所需带宽为0.7倍波特率，即带宽需要达到35g以上；可以看出，实际应用需要使用blh03型号磁珠具有更高的带宽。
38.在上述磁珠数量及其型号配置和选型完成后，为了实现了单波长100g pam4光模块中bias t电路各端口能更优匹配，本实施例提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，还对单波长100g pam4光模块中bias t电路涉及的电感和电容同步进行选型，如图2所示，优选的，还包括设于直流端的电感，所述电感在所述第一磁珠和所述第二磁珠串联连接后并联连接；其中，所述电感用于防止射频端的交流信号进入直流端，优选的，所述电感型号具体为lqm18dn470m70，在当前单波长100g pam4光模块中bias t电路可允许的范围内，考虑到电子元器件出厂时可能存在的误差，所述电感的电感量为47μh，且精度为
±
20％；如图3所示，是本实施例提供的一种仿真建模方式；其中，电感的选型和验证过程如下，对比本实施例提供的的电感和传统的电感：
39.lqm18dn470m70(47μh)；
40.lqw15dn_15μh_series；
41.lqw15dn_10μh_series。
42.仿真波形如图5所示，10ghz时上述型号电感开始表现出差异，50ghz时，在可以看出，47μh的电感插入损耗为-0.3db～-0.4db之间，而10μh和15μh电感插入损耗约为-0.7db左右，也就是说，47μh的电感对抑制高频信号流失的效果优于10μh和15μh，实际应用需要使用47μh的电感。
43.本实施例提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，如图2所示，为了进一步提升bias t电路的整体性能，还包括设于射频端的电容，所述电容在所述电阻与所述电感并联连接后串联连接；其中，所述电容用于对直流端的直流信号进行阻隔，优选的，所述电容的容值为0.1μf，且精度为
±
5％；还包括设于直流端的电阻，所述电阻与所述电感并联连接；需要说明的是，所述设于直流端的电阻，并非仅仅指代一个具体的电阻，即所述电阻为等效电阻，这里可以理解为带有一定阻抗的负载，所述负载可以由若干个电子元器件组成，只需要满足一定的等效阻抗即可，在本实施例中，做为一种优选的实现方式，同时，也考虑到电子元器件出厂时可能存在的误差，所述等效电阻的阻抗值为330ω，且精度为
±
5％；考虑仿真建模，高速线输入的pcb阻抗为差分线100欧，即单端线z1、z2分别为50欧，这里具体根据单波长100g pam4光模块的pcb的阻抗匹配设计。
44.本实施例提出的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，在传统的bias t电路的基础上，通过仿真建模和验证，对磁珠及其数量、型号进行选型，并且还同步对电感和电容的型号进行再验证和选型，提高了单波长100gpam4光模块中bias t电路的带宽，满足了实际批量生产的需求，同时，也降低了单波长100g pma4光模块的设计改版风险。
45.实施例二：
46.在实施例1的基础上，为了便于理解和实际应用，针对实施例1提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，本实施例2结合单波长100gpam4光模块原理，以及
实际应用过程中内置driver功能的dsp电路实现方式进行详细说明。
47.如图6所示，单波长100g pam4光模块工作原理，包括driver芯片、pam4dsp芯片、mcu芯片、光发射器(tosa)、光接收器(rosa)，具体的：
48.光发射过程中，将4路25g nrz电信号输入到pam4dsp芯片中，pam4dsp芯片将4路nrz码型编译成1路pam码型，通过内置的driver芯片将pam4差分信号放大，输出1路100g pam4电信号，在mcu芯片的作用下输出到光发射器(tosa)，通过1路的光发射器(tosa)将速率为100g pam4电信号转换成1路100gbps的光信号输出。
49.光接收过程中，将1路100gbps的光信号通过光接收器(rosa)输入，将所接收的100gbps的光信号转换成电信号后，经过dsp芯片对电信号进行时钟恢复、放大、均衡、pam4解调后转换成4路25g的nrz电信号。
50.如图7所示，为内置driver功能的dsp电路实现方式，还包括一个bias t电路，bias t电路在mcu芯片的控制下将经内置driver芯片放大的pam4差分信号进行处理后传输至光发射器(tosa)。
51.需要指出的是，本实用新型上述实施例主要是以单波长100g pam4光模块为例进行说明的，上述磁珠、电感以及电容的数量、型号和参数值的搭配，主要也是相对于单波长100g pam4光模块的bias t电路来说的，已能满足当前业内的应用需求；本领域的技术人员在上述实施例及其相关附图的启示下，根据单波长100g pam4光模块不同的pcb设计方式，通过使用不同数量、型号和参数值搭配的磁珠、电感以及电容实现的的bias t电路，不应当理解为相应技术方案的本质脱离了本实用新型实施例中的技术方案的精神和范围。
52.综上所述，本实用新型提供的一种基于pam4的单波长100g光模块的bias t电路，有效填补了业内当前单波长100g pam4光模块中bias t电路的不足，还能应用于400g pam4(100g pam4
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4)光模块中，具有应用范围广、带宽高等优势；进一步的，还降低了单波长100g pma4光模块的设计改版风险。
53.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。