本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光模塊。

背景技術(shù)：

目前，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用程度也越加廣泛。作為光通信技術(shù)中的核心部件，用于光電轉(zhuǎn)換的光模塊也在快速發(fā)展，其中，出現(xiàn)了從155m～100g多種不同速率的光模塊。

通常，光模塊中主要設(shè)有光接收組件和發(fā)射光組件，其中，光接收組件用于將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以便作進(jìn)一步的信號(hào)處理和識(shí)別；發(fā)射光組件用于將需要發(fā)送的高速電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，并耦合到光纖中進(jìn)行傳輸。針對(duì)10g光模塊的探測(cè)靈敏度要求高以及低成本的要求，其光接收組件通常采用雪崩光電二極管(avalanchephotodiodes，apd)，apd光接收組件對(duì)于1577nm波段的光，不僅在常溫、高溫下靈敏度要優(yōu)于原有技術(shù)(電吸收調(diào)制)的光接收組件，且成本方面及封裝工藝方面均有較大優(yōu)勢(shì)，對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)推進(jìn)極為有利。但由于受其材料特性限制，apd響應(yīng)度在1577波段附近受溫度影響較大，尤其在低溫條件下，硅基apd性能比其常溫狀態(tài)下要差，響應(yīng)度較低，因此要獲得更好的響應(yīng)度，勢(shì)必需要在低溫下對(duì)apd進(jìn)行加熱，保證光接收組件能夠工作在最佳溫度下，以獲得更為穩(wěn)定的器件性能。

相關(guān)技術(shù)中，通常在apd光接收組件的內(nèi)部或者外部設(shè)計(jì)加熱電阻，光模塊中的微程序控制器(microprogrammedcontrolunit，mcu)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度，控制加熱電阻的加熱功率。然而，上述加熱電路由于會(huì)受其它因素的干擾，導(dǎo)致對(duì)光接收組件的實(shí)際加熱功率并不是mcu所控制的目標(biāo)值，進(jìn)而不能穩(wěn)定控制對(duì)光接收組件的加熱溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種光模塊，以解決不能穩(wěn)定控制對(duì)光接收組件的加熱溫度的問題。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的光模塊，包括：

信號(hào)生成單元，用于生成參考電壓信號(hào)和三角波信號(hào)；

運(yùn)算放大器，用于根據(jù)接收到的所述參考電壓信號(hào)和反饋電壓信號(hào)之間的差值，輸出差值電壓信號(hào)；

電壓比較器，用于根據(jù)接收到的所述三角波信號(hào)和所述差值電壓信號(hào)的電壓比較結(jié)果，輸出脈沖信號(hào)；

雪崩二極管加熱單元，用于檢測(cè)所述脈沖信號(hào)的電平狀態(tài)，以及在所述脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)時(shí)為所述光模塊中的雪崩二極管加熱；

電壓反饋單元，用于根據(jù)所述脈沖信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)處于所述預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)，輸出所述反饋電壓信號(hào)，其中，所述脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)與所述反饋電壓信號(hào)的電壓大小成正比。

由以上技術(shù)方案可見本發(fā)明實(shí)施例提供的光模塊，在設(shè)定好參考電壓后，利用運(yùn)算放大器比較后輸出參考電壓和反饋電壓之間的差值，即差值電壓信號(hào)；然后，將該差值電壓信號(hào)作為電壓比較器的參考電壓，通過電壓比較器對(duì)該差值電壓信號(hào)和三角波信號(hào)的比較處理，得到方波形脈沖信號(hào)，并且該脈沖信號(hào)的占空比受差值電壓信號(hào)的大小決定；最后，雪崩二極管加熱單元在所述脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)時(shí)為所述光模塊中的雪崩二極管加熱；同時(shí)，電壓反饋單元還向運(yùn)算放大器輸出與該脈沖信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)處于所述預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)成正比的反饋電壓。利用上述電路，在當(dāng)前周期內(nèi)，脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，則為雪崩二極管加熱時(shí)間越長(zhǎng)加熱量越大并且反饋電壓越大，使反饋電壓與參考電壓之間的差值變小，并且在下一周期內(nèi)使電壓比較器輸出的脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)變小，這樣為雪崩二極管加熱時(shí)間減小。因此，在上述負(fù)反饋調(diào)節(jié)下，加熱電路最終會(huì)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而可以維持穩(wěn)定的對(duì)光接收組件中雪崩二極管的加熱溫度。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的電壓比較器對(duì)信號(hào)處理的過程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的基本電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3中的運(yùn)算放大器的基本電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

這里將詳細(xì)地對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時(shí)，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實(shí)施例中所描述的實(shí)施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實(shí)施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

針對(duì)光模塊中的雪崩二極管apd受材料特性限制，其響應(yīng)度在1577nm波段附近受溫度影響較大，在低溫條件下，硅基apd性能比較其常溫要差，響應(yīng)度較低，因此要獲得更好的響應(yīng)度，勢(shì)必需要在低溫下對(duì)光接收組件內(nèi)部的apd進(jìn)行加熱，保證探測(cè)器能夠工作在最佳溫度下，并且要盡可能的維持加熱溫度穩(wěn)定性的要求。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種光模塊，通過在光模塊內(nèi)部設(shè)計(jì)加熱電路，在該加熱電路中以脈沖供電配合負(fù)反饋調(diào)節(jié)的方式，以為apd提供可調(diào)節(jié)的工作溫度并保持此溫度的穩(wěn)定。

針對(duì)上述設(shè)計(jì)原理，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例提供的光模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該光模塊中的加熱電路主要包括信號(hào)生成單元10、運(yùn)算放大器20、電壓比較器30、雪崩二極管apd加熱單元40和電壓反饋單元50。

在該電路中，信號(hào)生成單元10用于生成參考電壓信號(hào)和三角波信號(hào)，具體的，為節(jié)省光模塊內(nèi)部空間，可以在光模塊中的微程序控制器上設(shè)置參考電壓信號(hào)輸出引腳和三角波信號(hào)輸出引腳，并且參考電壓信號(hào)輸出引腳與運(yùn)算放大器20參考電壓信號(hào)輸入端連接，三角波信號(hào)輸出引腳與電壓比較器30的三角波信號(hào)輸入端連接。當(dāng)然，還可以采用獨(dú)立的信號(hào)生成元件實(shí)現(xiàn)。

運(yùn)算放大器20的兩個(gè)輸入端分別與信號(hào)生成單元10的輸出端和電壓反饋單元50的輸出端連接，用于接收來自信號(hào)生成單元10的參考電壓信號(hào)和來自電壓反饋單50元的反饋電壓信號(hào)，并根據(jù)接收到的參考電壓信號(hào)和反饋電壓信號(hào)之間的差值，輸出差值電壓信號(hào)。

電壓比較器30的兩個(gè)輸入端分別與信號(hào)生成單元10的輸出端和運(yùn)算放大器20的輸出端連接，用于接收來自信號(hào)生成單元10的三角波信號(hào)和來自運(yùn)算放大器20的差值電壓信號(hào)，并根據(jù)接收到的三角波信號(hào)和差值電壓信號(hào)的電壓比較結(jié)果，輸出脈沖信號(hào)。

雪崩二極管加熱單元40的輸入端與電壓比較器30的輸出端連接，用于接收來自電壓比較器30的脈沖信號(hào)并檢測(cè)該脈沖信號(hào)的電平狀態(tài)，在所述脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)時(shí)，則為所述光模塊中的雪崩二極管加熱。

電壓反饋單元50的輸入端與電壓比較器30的輸出端連接，用于接收來自電壓比較器30的脈沖信號(hào)，以及根據(jù)接收到的脈沖信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)處于所述預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)，輸出反饋電壓信號(hào)，并且，脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)與所述反饋電壓信號(hào)的電壓大小成正比。

在上述電路工作過程中，首先，信號(hào)生成單元10設(shè)定好參考電壓后，利用運(yùn)算放大器20比較后輸出參考電壓和反饋電壓之間的差值，即差值電壓信號(hào)；然后，將該差值電壓信號(hào)作為電壓比較器30的參考電壓，通過電壓比較器30對(duì)該差值電壓信號(hào)和三角波信號(hào)的比較處理，得到方波形脈沖信號(hào)，并且該脈沖信號(hào)的占空比受差值電壓信號(hào)的大小決定。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的電壓比較器對(duì)信號(hào)處理的過程示意圖。根據(jù)電壓比較器的工作原理，當(dāng)“+”輸入端電壓高于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平，當(dāng)“+”輸入端電壓低于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為低電平，使三角波信號(hào)接入電壓比較器的“+”輸入端，差值電壓信號(hào)接入電壓比較器的“-”輸入端。利用上述連接方式，如圖2所示，在三角波信號(hào)的幅值和周期固定的情況下，針對(duì)兩個(gè)不同的差值電壓信號(hào)vin1和vin2，若vin1的電壓值大于vin2的電壓值，則電壓比較器處理后，vin1對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)的占空比小于vin2對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)的占空比。當(dāng)然，還可以使使三角波信號(hào)接入電壓比較器的“-”輸入端，差值電壓信號(hào)接入電壓比較器的“+”輸入端，這樣，在差值電壓信號(hào)的電壓值越大時(shí)，即參考電壓和反饋電壓之間的差值越大時(shí)，電壓比較器的輸出的脈沖信號(hào)的占空比越小。

最后，雪崩二極管加熱單元40在接收到的脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)時(shí)為光模塊中的雪崩二極管加熱，例如在脈沖信號(hào)處于低電平狀態(tài)時(shí)則為雪崩二極管加熱，這樣脈沖信號(hào)處于低電平狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的加熱量則越大。同時(shí)，電壓反饋單元50還向運(yùn)算放大器20輸出與該脈沖信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)處于所述預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)成正比的反饋電壓信號(hào)，例如，預(yù)設(shè)電平狀態(tài)為低電平狀態(tài)，則脈沖信號(hào)處于低電平狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，輸出的反饋電壓信號(hào)的電壓值越大。

利用上述電路，在當(dāng)前周期內(nèi)，脈沖信號(hào)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，則為雪崩二極管加熱時(shí)間越長(zhǎng)加熱量越大，并且電壓反饋單元50輸出的反饋電壓值越大，進(jìn)而運(yùn)算放大器20接收到的反饋電壓與參考電壓之間的差值變??；同時(shí)，利用電壓比較器，使脈沖信號(hào)在下一周期內(nèi)處于預(yù)設(shè)電平狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)變短，這樣，為雪崩二極管加熱時(shí)間減小，對(duì)應(yīng)的加熱量也會(huì)減小。因此，在上述負(fù)反饋調(diào)節(jié)下，加熱電路最終會(huì)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而可以維持穩(wěn)定的對(duì)光接收組件中雪崩二極管的加熱溫度。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光模塊的基本電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3中的運(yùn)算放大器的基本電路結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4所示，第一電阻r1的一端用于與信號(hào)生成單元10的參考電壓信號(hào)輸出端連接、另一端分別與運(yùn)算放大器的同向輸入端和第二電阻r2的一端連接，第二電阻r2的另一端接地。第四電阻r4的一端用于與電壓反饋單元40的輸出端連接、另一端分別與運(yùn)算放大器的反向輸入端和第三電阻r3的一端連接，第三電阻r3的另一端與運(yùn)算放大器的輸出端連接。

利用圖4中的電路結(jié)構(gòu)，由虛斷知，通過第一電阻r1的電流等于通過第二電阻r2的電流，同理通過第四電阻r4的電流等于第三電阻r3的電流，故有(vref-v+)/r1＝v+/r2，(vin-v-)/r4＝(v--vout)/r3。如果r1＝r2，則v+＝vref/2，如果r3＝r4，則v-＝(vout+vin)/2，由虛短知v+＝v-，所以vout＝vref-vin，即參考電壓信號(hào)和反饋電壓信號(hào)之間的差值。當(dāng)然，并不限于本實(shí)施例提供的運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，針對(duì)圖3中的電壓比較器30，也可以采用工作在開環(huán)狀態(tài)的運(yùn)算放大器，來作為電壓比較器子用。但是由于在運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮其輸出與輸入之間的線性傳輸特性以及頻率補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定性。因此，運(yùn)算放大器的的響應(yīng)時(shí)間和延遲時(shí)間往往不是很大，開環(huán)增益也不是很高。基于上述原因，本實(shí)施例優(yōu)選使用具有高速或高靈敏度的電壓比較器，以提高該加熱電路的信號(hào)處理速度。

具體的，本實(shí)施例中的電壓比較器30可以采用四級(jí)結(jié)構(gòu)，前兩級(jí)和差分運(yùn)算放大器基本相同，只是把運(yùn)算放大器中的補(bǔ)償電容去掉，后兩級(jí)使用cmos反向器，前一個(gè)反向器(電壓比較器的第三級(jí))工作在傳輸特性曲線中的轉(zhuǎn)折區(qū)被當(dāng)做放大器使用，對(duì)差分信號(hào)起放大作用；后一個(gè)反向器(電壓比較器的第四級(jí))在反向的同時(shí)，使電壓達(dá)到滿幅輸出。

如圖3所示，雪崩二極管加熱單元40包括加熱電壓源401、pmos開關(guān)402和加熱電阻403，其中，pmos開關(guān)402的柵極與電壓比較器30的輸出端連接、漏極(起發(fā)射作用的電極)與加熱電壓源401的輸出端連接、源極(起集電作用的電極)與加熱電阻403的一端連接，加熱電阻403的另一端接地，加熱電阻403設(shè)置在靠近所述光模塊的光接收組件的位置或內(nèi)部。

由于mos管為電壓控制元件，并由柵源極電壓vgs決定其工作狀態(tài)，其中，對(duì)于nmos管，vgs大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，對(duì)于pmos管，vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通,并且其還具有開關(guān)速度快、允許通過最大電流大的優(yōu)勢(shì)。利用上述mos管的導(dǎo)通特性，在電壓比較器30輸出的脈沖信號(hào)處于低電平狀態(tài)時(shí)，pmos開關(guān)402則導(dǎo)通，進(jìn)而加熱電壓源401與加熱電阻403之間的回路導(dǎo)通，進(jìn)而可以利用加熱電阻403為雪崩二極管加熱。當(dāng)然，上述pmos開關(guān)可以替換為nmos開關(guān)，還可以采用三極管，如使三極管的基極與電壓比較器30的輸出端連接、發(fā)射極與述加熱電壓源401的輸出端連接、集電極與加熱電阻403的一端連接，加熱電阻403的另一端接地。

進(jìn)一步的，為了提高加熱電阻對(duì)雪崩二極管的加熱效率，加熱電阻403可以設(shè)置在光接收組件內(nèi)部且靠近所述雪崩二極管的位置，同時(shí)，pmos開關(guān)402的源極與光接收組件to上的加熱引腳的一端連接，加熱引腳的另一端與加熱電阻403的一端連接，加熱電阻403的另一端接地。

電壓反饋單元50包括pnp/pnp匹配雙晶體管503、第一電流分配電阻501、第二電流分配電阻502和電壓反饋電阻504，其中，pnp/pnp匹配雙晶體管503包括第一三極管5031和第二三極管5032，pmos開關(guān)402的源極分別與第一電流分配電阻501和第二電流分配電阻502的一端連接，第一電流分配電阻501的另一端與第一三級(jí)管5031的發(fā)射極連接，第二電流分配電阻502的另一端與第二三級(jí)管5032的發(fā)射極連接；所述第二三極管5031的基極、所述第一開關(guān)管5031的基極和集電極均與加熱電阻403的一端連接，加熱電阻403的另一端接地；電壓反饋電阻504的一端分別與第二三極管5032的集電極和運(yùn)算放大器20的反饋電壓信號(hào)輸入端連接、另一端接地。

利用上述電路結(jié)構(gòu)，當(dāng)pmos開關(guān)402處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，pnp/pnp匹配雙晶體管503也會(huì)導(dǎo)通，并且將加熱電阻403上的工作電流鏡像到電壓反饋電阻504，形成反饋電壓信號(hào)并發(fā)送給運(yùn)算放大器20。同時(shí)該反饋電壓的大小是與pmos開關(guān)402在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)度相關(guān)的變量，其導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，反饋電壓越大，即是與脈沖信號(hào)占空比相關(guān)的變量，如圖中的pmos開關(guān)402為低電平導(dǎo)通，則脈沖信號(hào)的占空比越小，反饋電壓越大。當(dāng)然，并不限于本實(shí)施例提供的上述電路結(jié)構(gòu)，還可以采用電荷泵配合偏置電容的方式實(shí)現(xiàn)。

為方便對(duì)脈沖信號(hào)占空比的調(diào)節(jié)，第一電流分配電阻501和第二電流分配電阻502的阻值設(shè)置為相等。當(dāng)然，還可以設(shè)置為其它的比例關(guān)系，如10:1～1:10中的任意值，或其它數(shù)值，但兩者比例不能過大或過小，過大或過小可能會(huì)導(dǎo)致反饋電壓過大或過小，進(jìn)而導(dǎo)致脈沖信號(hào)的占空比調(diào)不小或者調(diào)不大，直接影響加熱電阻的導(dǎo)通加熱時(shí)間。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例還提供了參考電壓信號(hào)的設(shè)置方法，具體的，利用光模塊中的環(huán)境溫度檢測(cè)單元檢測(cè)光模塊的環(huán)境溫度，微程序程序控制器根據(jù)所述環(huán)境溫度檢測(cè)單元的檢測(cè)值，輸出相應(yīng)的參考電壓信號(hào)給運(yùn)算放大器，這樣針對(duì)不同的環(huán)境溫度，微程序程序控制器可以輸出不同的參考電壓信號(hào)，進(jìn)而可以形成不同占空比的脈沖信號(hào)。

在參考電壓信號(hào)的處理上，微程序程序控制器以將環(huán)境溫度值與參考電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先存儲(chǔ)到處理器中，其中，環(huán)境溫度值與參考電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系具體可以是以函數(shù)的形式，或者表格的形式保存在處理器中。

利用上述對(duì)應(yīng)關(guān)系，處理器根據(jù)確定出的環(huán)境溫度值，輸出相應(yīng)的參考電壓給運(yùn)算發(fā)達(dá)器，進(jìn)而控制加熱電阻為光接收組件中的雪崩光電二極管加熱，使光接收組件的環(huán)境溫度為相應(yīng)的溫度，即補(bǔ)償雪崩光電二極管所處環(huán)境的溫度變化，進(jìn)而避免光模塊在低溫時(shí)會(huì)出現(xiàn)接收端靈敏度劣化的現(xiàn)象。

另外，本實(shí)施例還提供了三角波信號(hào)周期的設(shè)置方法，具體可以參照開關(guān)管允許的最大開關(guān)頻率和加熱電阻需要的實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間確定，如設(shè)置為10μs、5μs～15μs中的任意數(shù)值等等。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實(shí)踐這里發(fā)明的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實(shí)施方案。本申請(qǐng)旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未發(fā)明的本技術(shù)領(lǐng)域中的公知常識(shí)或慣用技術(shù)手段。說明書和實(shí)施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。