[00115338]基于微光学平台下的高速并行光传输模块

“基于微光学平台下的高速并行光传输模块”成果属于电子信息技术领域,主要应用于光纤通信系统。 该项目针对光通信市场提升系统板卡光模块端口密度的通信扩容升级,通过调研项目产品的应用环境、规格需求,进行关键技术研究和验证,开发了可广泛应用于100G Ethernet、5G无线、数据中心等系统设备的100G QSFP封装系列光传输模块。主要技术内容如下： （1）光模块在线可设置功能 模块的电光转换部分,激光器与其驱动电路采用交流耦合方式,两者之间连接的高速信号线上设计可调EQ等方法。该滤波网络可以滤除高频噪声,优化激光器驱动电路负载匹配,提升模块发射眼图高频抖动性能,增加光眼图余量,支持最高118Gbps工作速率;模块的光电转换部分,选用高带宽元件,可以支持最高113～118Gbps工作速率,同时优化电源去耦、滤波设计,提升接收信号的信噪比,优化光接收机的灵敏度。 （2）工业级温度扩展设计 基于微光学平台下的高速并行光传输模块采用QSFP28封装,在5G无线上,需要扩展到工业级温度范围。模块在发射端采用了TEC恒温系统,保证光模块可以在壳体温度-40～85℃稳定工作。 软件方面采用特殊的TEC控制算法设计来实现扩展光模块的工作温度和降低功耗,主要是扩展激光器发射部分的工作温度。其主要方法是不再维持TOSA的工作温度To为恒定值,将其温度分为三段：-40℃～T1;T1～T2;T2～85℃。在-40℃～T1工作温度区间线性降低To,减小加热的功耗;在T2～85℃工作温度区间线性增大To,减小制冷的功耗。通过线性改变DML TOSA的工作温度,降低了高温和低温区间段用于加热和制冷的功耗,使用于加热和制冷的电流需求小于TEC电路能够提供的电流值极限。一方面保证了在-40℃和85℃的温度内光模块能够稳定工作;另一方面也降低了光模块功耗。 （3）低功耗设计 模块内部采用的核心IC芯片支持1.6V超低工作电压。由于模块工作电压降低,整机功耗也随之大幅下降。为了兼容目前协议标准要求的模块外部3.3V电源供电,模块内置DC～DC降压芯片,将模块外部输入的3.3V电压降为内部器件所需的工作电压,并同时兼顾供电电压转换效率和电源纹波噪声抑制。 （4）结构设计和高密度PCB设计 出于光模块散热性能考虑,结构外壳采用导热性能较好的锌合金材质,内部结构采用单层PCB。针对PCB上温度高、功耗大的元器件,在结构外壳内部对应位置采用凸台设计,使模块外壳和高热元件接触更加紧密,利于高热元件热量的传导和发散,进而提升光模块可靠性能,降低整机功耗。 由于PCB面积比较小,电路元件较多,PCB layout设计中采用紧凑型布局方式,采用必要的盲埋孔设计。高速信号线严格控制传输线阻抗,差分100ohm,单端阻抗50ohm,并保证阻抗连续性;采用终端匹配电路设计,差分信号线传输时延保证一致性。对于电源去耦电路,电源走线尽量避免跟其它走线交叉,且采用电感隔离,补充滤波。弱信号的走线尽量短,且减小寄生参数的影响,采用包地进行保护,与强信号进行空间隔离,减少干扰。元器件全部选用贴片件,不用引脚型元器件,增强抗振能力。同时,采用上述方式,解决了高速电路空间电磁辐射、收发电路串扰等问题。