光模塊內(nèi)置光分路器的可行性分析

王威 劉萬輝 杜文龍

摘要：當(dāng)前，光模塊的端口數(shù)量擴展都是通過交換設(shè)備外部的光分路設(shè)備來實現(xiàn)的，這不但需要較高的成本，而且增加了設(shè)備的占用面積，為了解決這個問題，通過把微型光分路器件內(nèi)置到EPON光模塊內(nèi)，從而實現(xiàn)在不增加使用面積和幾乎不增加使用成本的情況下擴展更多的用戶接口。

關(guān)鍵詞：光模塊；光分路器

中圖分類號：S951.2文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)15-3742-02

光路交換、傳輸在系統(tǒng)在擴容的時候，通常通過更換口數(shù)更多的交換機或者購買大型光分路設(shè)備來實現(xiàn)，這時需要更多的光模塊和光分路設(shè)備來支撐，這將大大增加擴容成本。為了降低擴容成本、減少設(shè)備使用面積，可以考慮把微型光分路器件內(nèi)置到光模塊內(nèi)，這樣就可以以較小的代價實現(xiàn)擴容的需求。

1可行性分析

1) PCB面積縮減

光通信系統(tǒng)中用戶端的光模塊主要由單纖雙向光組件、激光驅(qū)動器和限幅放大器三個主要模塊組成，在原理圖和PCB設(shè)計時，主要從以下兩個方面進行縮減PCB面積設(shè)計：

采用集成度更高的芯片方案設(shè)計，通過使用更小的芯片、更少的外圍器件數(shù)量要求，可以很大程度上減少PCB面積。當(dāng)前，光模塊芯片廠家都推出了自己集成度更好的解決方案，比如Vitess、Mindspeed各自推出了更為簡化的光模塊芯片組，下圖為Mind? speed推出的第四代高增益、低噪聲后置放大器，具有更高的帶寬和體積，外圍器件數(shù)量也大大減少?？傊?，隨著芯片設(shè)計和封裝技術(shù)的進步，光模塊各關(guān)鍵芯片的大小和外圍器件的數(shù)量都得到了大幅提升，給減少光模塊內(nèi)部PCB面積提供了較大空間。

圖1 Mindspeed公司的第四代后置放大器M02046

再者，通過合理布局芯片位置、縮短走線、簡化設(shè)計和兼容設(shè)計等措施減少PCB使用面積。

通常在光模塊設(shè)計時，由于SFP封裝尺寸較為寬裕，因此經(jīng)常在芯片布局和走線時都不會刻意減少PCB面積占用問題，導(dǎo)致了PCB往往單面芯片較為寬松。為了減少PCB面積，可以在PCB布局保證高速信號走線質(zhì)量（通過仿真確定）的前提下縮短走線長度，縮短芯片之間的間距，提高PCB面積使用效率。

另外，在原理圖設(shè)計階段，通過簡化外圍電路設(shè)計和減少兼容設(shè)計數(shù)量，從而可以減少整個方案的芯片使用數(shù)量，進而達到減少單位PCB面積上的芯片數(shù)量和減少PCB使用面積的目的。通常，在設(shè)計的初始階段，有很多不確定因素或者不同的市場需求，導(dǎo)致了在原理圖的最初版本上有較多的兼容設(shè)計，雖然在量產(chǎn)時不會貼上所有的器件，但是器件的位置卻一直被預(yù)留著，這也會導(dǎo)致大量的PCB面積被閑置，造成了PCB面積利用率下降。為了避免這種情況，在設(shè)計初始階段就應(yīng)該做大量的實驗，盡量減少或者避免兼容設(shè)計的出現(xiàn)，這樣可以有效地縮減PCB使用面積，到達為光模塊PCB電路板瘦身的目的。

2)選用尺寸更小的熔融拉錐型分光器和平面波導(dǎo)型分光器

目前在光通信系統(tǒng)中，常見的光分路器有熔融拉錐型分光器和平面波導(dǎo)型分光器兩種，熔融拉錐型分光器是將兩根或多根光纖進行側(cè)面熔接而形成的；平面波導(dǎo)型則是屬于微光學(xué)元件型產(chǎn)品，它通過在介質(zhì)或半導(dǎo)體基板上光刻技術(shù)形成光波導(dǎo)，實現(xiàn)分支分配功能。熔融拉錐型實現(xiàn)簡單、成本較低，但是光衰減大、體積大，常使用在多支路光分路器上；而平面波導(dǎo)型則有更小的體積、更小的光衰減率，卻擁有更高的成本。考慮到普通SFP/SFP+光模塊的體積，通常我們都會選擇性能更高、體積更小的平面波導(dǎo)型分光器，如下圖2所示。

平面波導(dǎo)型分光器技術(shù)也在不斷發(fā)展著，器件的尺寸也在不斷縮小、光損耗也不斷得到提升。目前此類光波導(dǎo)的尺寸基本可以控制在3mm×9mm以內(nèi)，實際項目中，我們選用了一款2mm×7mm尺寸的波導(dǎo)型分光器，可以較為輕松地植入到SFP封裝內(nèi)，從而實現(xiàn)光路在光模塊內(nèi)部的分離。

2結(jié)束語

通過在原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、光分路器選擇等方面進行簡化設(shè)計、減少芯片數(shù)量和選用更小封裝尺寸的芯片，可以實現(xiàn)EPON光模塊內(nèi)置光分路器，達到單個光模塊支持更多用戶的目的。

參考文獻：

[1]劉震.光通信用有增益光分路器的研究[D].電子科技大學(xué),2003.

[2]李蒙.光分路器原理及故障淺析[J].中國有線電視,2010(7).