一种带TEC制冷(热)的10Gbit/sSFP+光收发模块设计

摘要

近年来，随着增强型8.5G光纤通道和10G-Ethernet高速光网络协议的快速发展，对超高速率光收发模块的需求日益增加，同时对模块端口密度及功耗的要求也越来越高。
　　 10Gbit/s光收发模块在过去的几年里，经历了从300pinMSA、XENPAK、XPAK、X2、XFP到SFP+的演变。XFP在电信领域和部分数据通信领域已经取得了成功，而SFP+作为SFP的升级版本，符合IEEE802.3ae/aq和8G/10G光纤通道协议规范，它把用于时钟和数据恢复的电路从芯片中转移到线卡上，与XFP相比模块尺寸减少40％，具有更高的端口密度和更低的功耗。SFP+依据不同的端口类型可分为10GBASE-SR、LR、ER和ZR，传输距离也从当初的300m增加到10km、40km和80km。
　　 本文在此背景下，对带TEC热电制冷（热）的10Gbit/s的SFP+光收发模块展开研究。详细介绍了光模块原理、TEC原理、光模块硬件设计和光模块软件系统设计。在硬件电路设计中，本文采用电吸收外调制激光器和PIN探测器作为光收发器件以减少激光器的啁啾效应和提高接收灵敏度；采用了数字PID算法对TEC LOOP进行自动控制来保持激光器工作温度的稳定。在软件设计中，本文分别对软件系统中的主模快、I2C从机驱动模块、调制电流控制模块和EEPROM读写模块进行了研究。
　　 最后为验证模块的性能，本文还分别对光收发模块进行了常规和特殊性能指标测试，通过测试，设计的10Gbit/s40kmSFP+光收发模块其消光比、灵敏度、LOSS告警/解告警及Inrush等几项重要指标均达到了预期的设计目标。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的研究工作和论文主要内容

第2章 SFP+光收发模块原理与硬件电路设计

2.1 带TEC热电制冷（热）SFP+光模块原理

2.2 总体设计目标和关键指标

2.3 SFP+光模块硬件电路设计

2.3.1 接口部分

2.3.2 发射部分

2.3.3 接收部分

2.3.4 控制部分

2.4 本章小结

第3章 SFP+光模块软件设计

3.1 软件系统结构

3.1.1 系统模块概述

3.2.2 系统存储空间的分配

3.2 软件运行设计

3.2.1 光模块主流程

3.2.2 Monitor DDM模块实现

3.2.3 I2C slave模块设计

3.2.4 AMC模块设计

3.2.5 EPROM模块设计

3.3 小结

第4章 SFP+光模块的性能测试和数据分析

4.1 测试设备

4.2 发射模块的测试

4.2.1 平均光功率

4.2.2 消光比

4.2.3 发射光眼图

4.3 接收模块的测试

4.3.1 接收机灵敏度／过载点

4.3.2 LOSS告警／解告警

4.4 特殊测试

4.4.1 Inrush测试

4.2.2 Wiggle测试

4.5 小结

第5章 总结与展望

5.1 总结与结论

5.2 未来研究工作与展望

参考文献

致谢

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