【摘 要】
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光收发模块是光通信网络的核心器件,其系统简洁、配置灵活、支持热插拔,是目前云计算和数据中心广泛采用的光通信接入方式。然而,当前常见的SFP+、QSFP+等光收发模块主要是针对于云计算、数据中心等室内恒温恒湿工作条件设计的,在野外以及车载、机载等恶劣环境下会表现出稳定性差、误码率高、故障率高等缺陷,在很大程度上限制了光模块的进一步推广与应用。本文针对上述问题,提出了高密度、小型化、带数字监控诊断并具
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光收发模块是光通信网络的核心器件,其系统简洁、配置灵活、支持热插拔,是目前云计算和数据中心广泛采用的光通信接入方式。然而,当前常见的SFP+、QSFP+等光收发模块主要是针对于云计算、数据中心等室内恒温恒湿工作条件设计的,在野外以及车载、机载等恶劣环境下会表现出稳定性差、误码率高、故障率高等缺陷,在很大程度上限制了光模块的进一步推广与应用。本文针对上述问题,提出了高密度、小型化、带数字监控诊断并具备宽温工作能力的SNAP-12封装的40G收发一体光模块的设计方法,在一定程度上解决了光模块的高可靠和宽适应性问题,使其在恶劣环境可以更为稳定的工作。1.本文研究并设计了基于SNAP-12封装的40G收发一体光模块,实现了四发四收并行以及单通道10Gbit/s的数据传输,同时SNAP-12的封装也带来了小型化、高密度的特点。本文以C8051F507单片机为主控芯片完成控制和存储的功能,采用高度集成的GN1190和GN1090芯片作为激光器驱动单元以及探测器接收单元。随后,基于SNAP-12封装的光收发一体模块的理论研究,给出了硬件电路设计方案,软件设计方案以及通信协议设计。其中,硬件设计方案主要包括电接口、主控芯片、光模块发射端和光模块接收端的电路设计。软件设计方案则包括单片机配置、EEPROM数据读写、收发芯片寄存器配置,并且从偏置电流、调制电流、信号高频补偿、下降沿峰值补偿、输出抖动幅值以及预加重六个方面保证光模块处于最佳工作状态。2.针对光电转换器件在高低温等环境中所表现的脆弱性,设计了改进的数字诊断监控和温度补偿方法,使得SNAP-12光模块具备更为稳健的环境适应能力。首先,基于单片机软件设计并实现了光模块的数字诊断监控功能,包括偏置电流、工作电压、温度、接收光功率等参数的实时监控与分析,以及可根据告警信息快速定位故障位置的能力。相较传统的数字诊断芯片方法,基于单片机设计的数字诊断监控方案具有更优的扩展性与性价比。其次,针对光模块的温度稳定性问题,本文开展了相应的研究。通过软件编程实现了光模块的自动温度补偿。具体表现为可根据温度的差异以查找表的方式完成对光模块收发芯片参数的自动设置,保证光模块在-40~85℃工业级温度范围下稳定工作。相较传统的温度控制电路进行温度控制,软件编程实现的温度补偿方案更能节省硬件资源。测试结果显示,本文设计的光模块不仅各项测试参数满足IEEE802.3ba标准,而且具备宽温工作范围,误码率结果显示光模块具备高可靠性,证明了光模块设计的合理性和可行性,是甚短距离光传输领域中有效的解决方案之一。
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