專利名稱：一種光模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖通信技術，尤其涉及一種應用于粗波分復用系統中的光模塊。
背景技術：
隨著網絡中光通信技術的廣泛應用，各種光網絡被應用到各種領域。例如，GBE (千兆以太網)、EPON (Ethernet Passive Optical Network,以太網無源光網絡)、GPON(Gigabit Passive Optical Network,吉比特無源光網絡)等光網絡被應用于各種領域中。除了通常的應用環境，在一些具有極端溫度環境中也需要應用到光通信技術，比如航空、航海等環境。光模塊作為電信號與光信號之間進行轉換的設備為光網絡中不可或缺的；然而，光模塊的工作往往會受到環境溫度的影響，尤其是光模塊發射的激光波長會隨著溫度的改變而漂移。尤其是對于采用CWDM (粗波分復用)技術的光網絡系統，由于一根光纖里要傳輸多個光波長的信號，通信標準要求每個信道間隔20nm，每一個信道光波長在典型波長+/-6. 5nm以內；因此，激光波長的漂移不但會影響本信道的信號傳輸，還會干擾其它信道的信號傳輸。由于光模塊激光波長漂移的原因，CWDM系統的中的光模塊激光器只能工作在
O 70°C的溫度范圍。目前，為了讓光模塊可以在更寬的溫度范圍內工作，則采用基于TEC(Thermoelectric cooler,熱電制冷器)技術的激光器；然而，這使得光模塊的成本大大提聞。
發明內容
本發明的實施例提供了一種光模塊，可以在更寬的溫度范圍內工作，并具有較低成本。根據本發明的一個方面，提供了一種光模塊，包括激光發射單元，其包括激光器及其驅動電路，所述驅動電路根據所述光模塊接收的數字差分電信號驅動激光器驅動所述激光器發射光信號；所述激光器中內置有加熱電阻；微程序控制器MCU和加熱控制電路，所述MCU用于在獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，根據預先存儲的溫度值與電壓輸出值的對應關系，確定出與獲取的溫度值相對應的電壓輸出值；根據確定出的電壓輸出值，從其一個DAC輸出端口輸出相應電壓到所述加熱控制電路的控制端；所述加熱控制電路根據其控制端的電壓控制流過所述加熱電阻的電流。較佳地，所述溫度傳感器內置于所述MCU中。所述加熱控制電路具體包括三極管Ql和電阻Rl ；其中，所述電阻Rl的一端連接于Ql的基極，另一端作為所述加熱控制電路的控制端與所述MCU的DAC輸出端口相連；
所述三極管Ql的集電極、發射極以及所述加熱電阻串接于電源和地之間。進一步，所述光模塊還包括第一濾波電路；所述MCU的一個PWM輸出端口與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與所述驅動電路相連；所述MCU通過該PWM輸出端口輸出特定占空比的PWM波到第一濾波電路；第一濾波電路對PWM波進行濾波后，從其輸出端輸出與PWM波的占空比相應的電壓到所述驅動電路，用以控制調節所述驅動電路輸出到所述激光器的偏置電流。較佳地，第一濾波電路具體為二級RC濾波電路。進一步，所述光模塊還包括第二濾波電路、APD升壓芯片，以及激光接收單元；
所述MCU還用于在獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，根據存儲的溫度值與占空比值的對應關系，確定出與獲取的溫度值相對應的占空比值，根據確定出的電壓輸出值，通過另一個PWM輸出端口向第二濾波電路輸出相應占空比的PWM波；第二濾波電路對接收的PWM波進行濾波后，從其輸出端輸出與接收的PWM波的占空比相應的電壓到所述APD升壓芯片；所述APD升壓芯片對第二濾波電路107輸出的電壓進行升壓，并將升壓后的電壓輸出到所述激光接收單元中的APD。較佳地，第二濾波電路具體為二級RC濾波電路。進一步，所述MCU還用于通過另一個DAC輸出端口控制所述驅動電路輸出到所述激光器的偏置電流。較佳地，所述激光器具體采用分布反饋式激光器。所述光模塊應用于同步數字系列光端機中，或光網絡單元中，或光線路終端中。本發明實施例的光模塊中，由于在激光器中內置了一個加熱電阻，并MCU通過簡單的加熱控制電路來控制通過加熱電阻的電流，達到控制激光器溫度的目的，使得光模塊在更低的環境溫度下也可正常工作，使得光模塊的工作溫度范圍更寬；并且，由于不用采用成本較高的內置TEC的激光器來實現控制激光器溫度,大大降低了光模塊的成本。進一步，光模塊中的MCU通過兩個DAC輸出端口分別控制調節加熱電阻的電流和調制電流，通過兩個PWM輸出端口分別控制調節偏置電流和APD電壓；從而節省了 MCU內置的DAC，可以采用成本更低的MCU實現上述功能，達到進一步降低光模塊成本的目的。
圖I為本發明實施例的光模塊的內部電路框圖；圖2為本發明實施例的激光器內部集成器件示意圖；圖3為本發明實施例的加熱控制電路的一種具體的電路圖；圖4為本發明實施例的激光接收單元內部電路示意圖；圖5為本發明實施例的二級RC濾波電路示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優選實施例，對本發明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節僅僅是為了使讀者對本發明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節也可以實現本發明的這些方面。本申請使用的“模塊”、“系統”等術語旨在包括與計算機相關的實體，例如但不限于硬件、固件、軟硬件組合、軟件或者執行中的軟件。例如，模塊可以是，但并不僅限于處理器上運行的進程、處理器、對象、可執行程序、執行的線程、程序和/或計算機。本發明實施例的光模塊，在激光器中內置一加熱電阻，通過MCU來控制通過加熱電阻的電流，達到調節激光器溫度、避免激光波長隨溫度漂移過大的作用，從而使得光模塊可以在更寬的環境溫度范圍內，比如在-10°c 70°C的溫度范圍內正常工作；由于沒有采用更為昂貴、控制電路更為復雜的內置TEC的激光器，本發明的光模塊的成本很低。 下面結合附圖詳細說明本發明實施例的技術方案。本發明實施例的光模塊的內部電路如圖I所示，包括激光發射單元101、激光接收單元102、MCU (MicroprogrammedControl Unit，微程序控制器)103、加熱控制電路104。激光發射單元101用以根據光模塊接收的電信號發射光信號；例如，若光模塊具體為ONU (光網絡單元)光模塊，則激光發射單元101接收ONU系統設備發送的數字差分電信號，并根據接收的數字差分電信號發射相應的光信號。激光發射單元101中包括激光器121及其驅動電路122。激光發射單元101的驅動電路122根據光模塊接收的電信號驅動激光器121中的激光發射光源發射特定波長的光信號。即驅動電路122根據光模塊接收的數字差分電信號驅動激光器121中的激光發射光源(圖2中的LD)發射特定波長的光信號。如圖2所示，激光器121中內置了加熱電阻Rt。MCU103 中內置有 DAC (Digital-to-Analog Converter,數字模擬轉換器)，的MCU103中的一個DAC輸出端口與加熱控制電路104的控制端相連。DAC輸出端口輸出端口也可稱為模擬量輸出端口，用以輸出模擬量。MCU103獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，根據預先存儲的溫度值與電壓輸出值的對應關系，確定出與獲取的溫度值相對應的電壓輸出值，根據確定出的電壓輸出值，MCU103從DAC輸出端口輸出相應電壓到加熱控制電路104的控制端。具體地，MCU103獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，可以將獲取的溫度值與預先設定的溫度閾值進行比較；若獲取的溫度值大于溫度閾值，貝1J查找電壓值表，根據電壓值表中記錄的溫度值與電壓輸出值的對應關系，確定出與獲取的溫度值相對應的電壓輸出值，根據確定出的電壓輸出值，MCU103從DAC輸出端口輸出相應電壓到加熱控制電路104的控制端；否則，MCU103從DAC輸出端口輸出的電壓為0，或者從DAC輸出端口不輸出電壓。上述的溫度閾值本領域技術人員可以根據實際情況進行設置，例如，設置的溫度閾值為0°C，或者-10。。。加熱控制電路104根據其控制端的電壓，控制流過激光器121中的加熱電阻的電流，從而實現控制、調節激光器121的溫度，保證光模塊即使處于-10°C以下的溫度環境中，激光器121也可以正常工作。上述的溫度傳感器可以是設置在光模塊中，靠近或貼近激光器121 ;或者，溫度傳感器是內置于MCU103中的。較佳地，為節省電路空間，本發明實施例的光模塊可采用具有內置溫度傳感器的MCU。事實上，光模塊中設置的溫度傳感器所檢測的溫度值雖然不能直接反映激光器121內的溫度，但其檢測的溫度值與激光器121內的溫度具有相應的關系；例如，對于內置于MCU103中溫度傳感器，如果激光器121內的溫度越高，則也會使得激光器121周圍的溫度越高，進而使得光模塊中的溫度越高，也就使得內置于MCU103中溫度傳感器所檢測的溫度值越大；可以事先通過實驗，獲知激光器121內的溫度與MCU103中溫度傳感器所檢測的溫度值之間的關系，以及激光器121內的溫度與激光器121發射的光信號的波長的關系，以及MCU103從DAC輸出端口輸出的電壓與激光器121內的溫度的關系；根據這三個關系確定出上述的電壓表，從而可以通過獲取溫度傳感器所檢測的溫度值，向加熱控制電路104的控制端輸出相應電壓，達到控制、調節激光器121內溫度的目的，達到控制激光器121發射的光信號的波長在一定波長范圍內的目的，使得激光器121發射的光信號的波長不會漂移過大，從而使得光模塊可以在更寬的溫度范圍內，更低的工作環境下正常工作。加熱控制電路104的一種具體電路，如圖3所示，包括三極管Q1，以及與Ql基極相連的電阻Rl。·電阻Rl的一端連接于Ql的基極，另一端作為加熱控制電路104的控制端與MCU103的DAC輸出端口相連。Ql的集電極、發射極以及激光器121中的加熱電阻Rt串接于電源和地之間；具體地，Ql的集電極與電源相連，Ql的發射極與激光器121中的加熱電阻Rt的一端相連，Rt的另一端連接到地。由此，MCU103從DAC輸出端口輸出的電壓可以控制Ql的開啟程度，從而控制流過Ql的電流，進而控制流過Rt的電流。顯然，本領域技術人員可以根據本發明實施例公開的技術方案，采用其它的電路來實現加熱控制電路104的功能,例如,采用MOS (Metal Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導體)管等來實現加熱控制電路104的功能。光模塊中還包括激光接收單元102，其用以接收光信號，根據接收的光信號輸出相應的電信號。例如，若光模塊具體為ONU (光網絡單元)光模塊，則激光接收單元102接收OLT(光線路終端)發送的下行光信號，并根據接收的光信號輸出相應的數字差分電信號。激光接收單元102的內部電路如圖4所示，包括限幅放大電路和光接收組件；光接收組件中包括APD和TIA (跨阻放大器)。事實上，為了保證光模塊的正常工作，MCU還需要對偏置電流、調制電流以及APD(Avalanche Photo Diode,雪崩光電二極管)電壓進行控制調節。而現有技術的光模塊中，MCU都是通過3個內置的DAC分別對偏置電流、調制電流以及APD電壓進行控制調節；如果，再增加本發明中的加熱控制電路，則MCU需要4個內置的DAC。而MCU中內置DAC的成本很高，因此，內置4個DAC的MCU的成本將非常高，采用4個內置DAC的MCU將使得光模塊的成本非常高。為了進一步降低本發明光模塊的成本，本發明的光模塊采用如下方法對偏置電流、調制電流以及APD電壓進行控制調節；具體地，本發明的光模塊中還包括Aro升壓芯片105、第一濾波電路106、第二濾波電路107。MCU103中內置的另一個DAC，其輸出端口與激光發射單元101的驅動電路122相連，MCU103通過該DAC輸出端口輸出相應電壓控制驅動電路122輸出到激光器的調制電流。MCU103通過DAC輸出端口控制驅動電路122輸出到激光器的調制電流的方法與現有技術中MCU控制驅動電路輸出的調制電流的方法相同，此處不再贅述。與現有技術不同的是，本發明的MCU103中內置了兩個PWM模塊，用以輸出PWM信號；MCU103通過這兩個PWM模塊分別對偏置電流以及APD電壓進行控制調節MCU103的一個PWM輸出端口與第一濾波電路106的輸入端相連,第一濾波電路106的輸出端與激光發射單元101的驅動電路122相連。MCU103通過該PWM輸出端口輸出特定占空比的PWM波到第一濾波電路106，第一濾波電路106對PWM波進行濾波后，從其輸出端輸出與PWM波的占空比相應的電壓；第一濾波電路106輸出端輸出的電壓用以控制調節驅動電路122輸出到激光器的偏置電流。由此，MCU103可以通過調節該PWM輸出端口輸出的PWM波的占空比，控制第一濾波電路106輸出的電壓，進而通過控制第一濾波電路106輸出的電壓，實現控制調節驅動電路122的偏置電流。一般而言，在光模塊工作過程中，MCU103輸出到第一濾波電路106的PWM波的占空比為固定的，不需要進行調節；即第一濾波電路106輸出的電壓為驅動電路122的偏置電流提供了一個基礎量，而驅動電路122本身會根據激光器中內置的APD反饋的發射的光信號的功率自動在偏置電流的基礎量上進行偏置電流的負反饋調節。 MCU103的另一個PWM輸出端口與第二濾波電路107的輸入端相連，第二濾波電路107的輸出端與APD升壓芯片105的輸入端相連；APD升壓芯片105的輸出端與激光接收單元102相連；Aro升壓芯片105用于對從其輸入端輸入的電壓進行升壓，并將升壓后的電壓從其輸出端輸出，APD升壓芯片105輸出端輸出的電壓被提供給激光接收單元102中的APD。在光模塊工作過程中，MCU103可以調節輸出到第二濾波電路107的PWM波的占空t匕，從而調節第二濾波電路107的輸出端輸出的電壓，進而調節了 APD升壓芯片105輸出端輸出的電壓，達到了調節激光接收單元102中的APD電壓的目的。具體地，MCU103中存儲了溫度值與占空比值的對應關系，MCU103在獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，根據存儲的溫度值與占空比值的對應關系，確定出與獲取的溫度值相對應的占空比值，根據確定出的占空比值，MCU103通過上述的另一個PWM輸出端口向第二濾波電路107輸出相應占空比的PWM波，第二濾波電路107對接收的PWM波進行濾波，從其輸出端輸出與接收的PWM波的占空比相應的電壓到APD升壓芯片105 ；APD升壓芯片105對第二濾波電路107輸出的電壓進行升壓，并將升壓后的電壓輸出到激光接收單元102中的APD ;從而實現控制激光接收單元102中的APD的電壓。上述的第一濾波電路106以及第二濾波電路107中的具體電路具體可以是RC濾波電路；較佳地，可采用如圖5所示的二級RC濾波電路，包括兩個電阻R401、R402，以及兩個電容C401、C402。其中，R401的一端作為濾波電路的輸入端，R401的另一端與R402的一端相連，R402的另一端作為濾波電路的輸出端；C401的一端與R401和R402的連接點相連，C401的另一端接地；C402跨接于濾波電路的輸出端與地之間。較佳地，為實現2. 5G速率下的80km的長纖傳輸，光模塊的激光器121具體可以采用輸出光功率較強的分布反饋式激光器(DFB)，以及激光接收單元102中的光電二極管具體采用雪崩光電二極管(APD)，以獲得較大的發送光功率和較好的靈敏度，使系統余量夠大，滿足80km的傳輸。上述的光模塊具體可以應用于粗波分復用系統中的SDH (Synchronous DigitalHierarchy,同步數字系列)光端機中，或者應用于GBE光端機中，或者應用于ONU中，或者應用于OLT (光線路終端)中。
本發明實施例的光模塊中，由于在激光器中內置了一個加熱電阻，并MCU通過簡單的加熱控制電路來控制通過加熱電阻的電流，達到控制激光器溫度的目的，使得光模塊在更低的環境溫度下也可正常工作，使得光模塊的工作溫度范圍更寬；并且，由于不用采用成本較高的內置TEC的激光器來實現控制激光器溫度,大大降低了光模塊的成本。進一步，光模塊中的MCU通過兩個DAC輸出端口分別控制調節加熱電阻的電流和調制電流，通過兩個PWM輸出端口分別控制調節偏置電流和APD電壓；從而節省了 MCU內置的DAC，可以采用成本更低的MCU實現上述功能，達到進一步降低光模塊成本的目的。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，如R0M/RAM、磁碟、光盤等。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應·視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種光模塊，包括 激光發射單元，其包括激光器及其驅動電路，所述驅動電路根據所述光模塊接收的數字差分電信號驅動所述激光器發射光信號；所述激光器中內置有加熱電阻； 微程序控制器MCU和加熱控制電路，所述MCU用于在獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，根據預先存儲的溫度值與電壓輸出值的對應關系，確定出與獲取的溫度值相對應的電壓輸出值；根據確定出的電壓輸出值，從其一個DAC輸出端口輸出相應電壓到所述加熱控制電路的控制端； 所述加熱控制電路根據其控制端的電壓控制流過所述加熱電阻的電流。
2.如權利要求I所述的光模塊，其特征在于，所述溫度傳感器內置于所述MCU中。
3.如權利要求I所述的光模塊，其特征在于，所述加熱控制電路具體包括三極管Ql和電阻Rl ； 其中，所述電阻Rl的一端連接于Ql的基極，另一端作為所述加熱控制電路的控制端與所述MCU的DAC輸出端口相連； 所述三極管Ql的集電極、發射極以及所述加熱電阻串接于電源和地之間。
4.如權利要求I所述的光模塊，其特征在于，還包括第一濾波電路； 所述MCU的一個PWM輸出端口與第一濾波電路的輸入端相連，第一濾波電路的輸出端與所述驅動電路相連； 所述MCU通過該PWM輸出端口輸出特定占空比的PWM波到第一濾波電路； 第一濾波電路對PWM波進行濾波后，從其輸出端輸出與PWM波的占空比相應的電壓到所述驅動電路，用以控制調節所述驅動電路輸出到所述激光器的偏置電流。
5.如權利要求I所述的光模塊，其特征在于，第一濾波電路具體為二級RC濾波電路。
6.如權利要求4所述的光模塊，其特征在于，還包括第二濾波電路、APD升壓芯片，以及激光接收單元； 所述MCU還用于在獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，根據存儲的溫度值與占空比值的對應關系，確定出與獲取的溫度值相對應的占空比值，根據確定出的電壓輸出值，通過另一個PWM輸出端口向第二濾波電路輸出相應占空比的PWM波； 第二濾波電路對接收的PWM波進行濾波后，從其輸出端輸出與接收的PWM波的占空比相應的電壓到所述APD升壓芯片； 所述APD升壓芯片對第二濾波電路107輸出的電壓進行升壓，并將升壓后的電壓輸出到所述激光接收單元中的APD。
7.如權利要求6所述的光模塊，其特征在于，第二濾波電路具體為二級RC濾波電路。
8.如權利要求6所述的光模塊，其特征在于， 所述MCU還用于通過另一個DAC輸出端口控制所述驅動電路輸出到所述激光器的偏置電流。
9.如權利要求1-8所述的光模塊，其特征在于，所述激光器具體采用分布反饋式激光器。
10.如權利要求9所述的光模塊，其特征在于，所述光模塊應用于同步數字系列光端機中，或光網絡單元中，或光線路終端中。
全文摘要
本發明公開了一種光模塊，所述光模塊包括激光發射單元，其包括激光器及其驅動電路，所述驅動電路根據所述光模塊接收的數字差分電信號驅動所述激光器發射光信號；所述激光器中內置有加熱電阻；MCU和加熱控制電路，所述MCU用于在獲取溫度傳感器檢測的溫度值后，確定出與獲取的溫度值相對應的電壓輸出值；根據確定出的電壓輸出值，從其一個DAC輸出端口輸出相應電壓到所述加熱控制電路的控制端控制流過所述加熱電阻的電流。由于在激光器中內置了一個加熱電阻，并MCU通過簡單的加熱控制電路來控制通過加熱電阻的電流，不用采用成本較高的內置TEC的激光器來實現控制激光器溫度，大大降低了光模塊的成本。
文檔編號H04B10/40GK102932066SQ20121039562
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月17日 優先權日2012年10月17日
發明者丁良云, 張華 , 李紹波 申請人:青島海信寬帶多媒體技術有限公司