產業技術
光纖收發模組結構初探
光纖收發模組結構
由於傳輸距離及傳輸速度的優勢, 光纖通信系統在現代通信行業成為了核心主幹. 不論是電信通訊領域, 資料通訊領域, 儲存領域, 甚至是無線通信, 無不仰賴光纖通信技術作為主幹. 在此背景下, 光纖收發模組有長足的發展. 雖然各種應用距離, 各式外觀型態, 不斷地出現. 但其基本的結構功能仍具雷同性. 曙曜科技以本文為讀者介紹, 光纖收發模組的結構拆解, 以及相關功能說明.
SFP 光纖收發模組的拆解
以 SFP 光纖收發模組為例, 依序拆解
移除金屬外蓋, 可以看到內部的光電功能組件
取出光電功能組件. 涵蓋了兩個光學組件, 一收一發. 一個電路組件, 也就是 PCB 電路板上所有的 IC, 被動組件以及 PCB 本身.
光纖收發模組結構的組成
外殼組件 Housing
市場上以鋅合金外殼為主流, 部分搭配不銹鋼沖壓件. 肩負著光電組件保護, 以及兩個介面的接合功能. 第一個介面是系統端的電子連接器; 第二個介面是光纖端的對外互連.
光學次模組 OSA
Optical Sub-Assembly 光學次模組為光纖模組的光電轉換核心. 一般又依發射與接收功能, 區分發射光學次模組 TOSA, 接收光學次模組 ROSA
電路次模組 ESA
Electrical Sub-Assembly 電路次模組, 用以銜接系統端的電子信號, 並經由 Driver 驅動 IC 將信號轉成電流信號, 饋入 TOSA, 使雷射發光. 反向則是將 ROSA 的收光信號, 經 Post Amplifier 轉回電子信號, 傳達回系統端
光電轉換過程
參考上圖, 系統端將要送達遠方的信號, 以 Electrical Signal 電子信號方式, 經金手指導入電路板. 在電路板上, 沿著阻抗設計過的差動信號線, 傳達給 Laser Driver 雷射驅動 IC. 由於一般電子信號皆為電壓信號, 而半導體雷射為電流元件, 因此 Laser Driver 轉換電壓信號至電流信號之後, 饋入給 TOSA 內的雷射. 雷射根據電流信號轉換成光信號, 並仰賴 TOSA 的耦光機制, 將光注入光纖中, 開始沿著光纖傳輸.
到了另一端, 光纖接合於 ROSA 內, ROSA 的光學結構將光聚焦於 Photo Diode 光二極體, 也就是檢光器. 光二極體同樣為電流元件, 接收光信號被轉回電流形式. 由於此時信號已弱, 為了避免雜訊混入影響通信品質, 會由 Pre-Amplifier 前級放大器先進行首次的信號放大. 此放大器同時將電流信號轉換回差動電壓信號, 功能上為標準的 TIA Trans-Impedance Amplifier 轉阻放大器.
此時的信號大小大多與光信號強度成比例, 光強信號大, 光弱信號小, 未必與系統端的信號位準相對應, 故後續再加上一個 Limiting Amplifier 限流放大器, 進一步將信號位準標準化. 也就是不論光強弱, 有光是一個電壓位準, 沒光就是另一個電壓位準. 由於位於後端, 也稱為 Post-Amplifier 後級放大器. 最後同樣以阻抗控制的差動信號線送返給系統端, 系統端對於已經重新格式化的信號判讀, 單純而穩定.