光通信网络中的光收发模块和数字可变电阻及其应用

鲁思慧 本文介绍光通信网络中光收发模块和数字非易失可变电阻的技术与应用,并着重分析新型数字非易失可变电阻ds1847/8在激光技术中对系统参数自动调节的设计及应用。光收发模块伴随光纤通信网络发展应运而生 近年来，从关于通信网络技术的信息中发现,它总是和越来越高的频带宽需求有关。事实上,这种情况还在继续,即数量不断增长的电话、传真、调制解调器和计算机,它们对带宽的需求越来越高，以用来传送太比特数字化信息(视频、图像、建模程序以及数据和语音等)。与此同时，那些快速成长的高科技通信公司正在为满足宽带的需求而努力。在过去的十年，主要力量已经投人到开发光纤网络中，在光网络里，光波通过比头发丝还要细的光纤，以千兆位/秒的速度传输信息。 仍处于发展中的通信网络具有高度的复杂性。少数几个大公司试图主宰全球光网络市场，在此背景下,则是多家公司所开发的技术的融合,而每一种都包含了特殊的专门技术。dallassemiconductor公司则属于后者,即特殊的专门技术；它们已设计了一系列的可变电阻，尤其适合于光收发模块。现在,概述一下dallas的可变电位器所应用于宏大的通信网络方案，以便揭示出一些有关通信网络工业的解决方案。值此应先对关于光收发模块在技术、标准与应用方面作此分折。概述光收发模块光收发模块应用 当今,许多制造商都设计和生产光收发模块。而光收发模块的应用在下列几个方面,即同步光纤网络(sonet)和同步数字体系(sdh)、异步传输模式(atm)、光纤分布数据接口(fddi)、光纤通道、快速以太网和千兆位以太网等系统。这些系统的名称代表传输协议和标准的国际定义。另一方面，光收发模块自身在早期开发时并没有规定标准的物理特性。关于兼容性问题 由于认识到产品想进一步取得成功，就必须考虑兼容性的要求，在1998年，一些制造商联合起来，制订了一个收发模块的多源协议(msa)。该联合体包括： amp incorporated，hewlett-packard company和lucent technologies microelectronics group等等公司。这些公司同意将模块的尺寸减小一半(宽度减至0.535英寸)以及规定了一套模块的封装和引脚排列,它们能够在大量的、用于高速光纤通道的rj-45类(包括双工lc、mt-rj和sc／dc)光连接器之间互换。 目前，一个新的协会正在起草一份新的光收发模块多源协议(msa)，代表了一个更大的制造商联合体和新一代的模块。这种多源制造商现在包括agilent technologies，hitachi cabl，ibm，molex等均15家著名公司。模块规范现在被称为小外型可插拔(sfp)并有望达到5.0gb／s的传输速率。该规范反映了业界对于在更小体积、更高速度的热插拔模块内实现高密度信号传送的追求。光收发模块概念 找到可变电阻(特殊专门技术的电位器)在光收发模块技术中的位置，将有助于理解关于收发模块的一些基础知识。模块先将输入的光波转变为电信号，同时将输出的电信号转变为光信号。而从根本上来讲，光收发器模块是基于半导体激光技术。模块是一块印刷电路板(pcb)，它具有一定带宽的光源,其光源来自一个细小的半导体芯片,即一个发光二极管或激光二极管。而光源频率在红外谱近处，可调制以数十ghz信号，提供一个宽广的带宽。光收发模块的信号通道与设计 模块接收端的接收口接至输人光纤，光电检测二极管将光信号转变为电信号，接着被放大，以便将时钟和数据恢复并解复用,以及通过电接口输出。光电检测器要求一个自动控制功率的偏置电路，以提供恒定的工作电压,见图1所示。同样,在模块发送端，时钟和数据位的电信号经过同步、锁存后，被送至激光驱动器。最后，激光驱动器将信号以电流方式调制激光二极管，将电能转变为光。 在采用激光二极管的设计中，采用一只光电检测器监测激光二极管的输出，而后，通过反馈环路，再将光信号回馈给电路，以测量激光管的实际输出功率．这种反馈能够稳定激光管输出功率。但光反馈是这种设计中的一个缺陷。如今己采用一种新的激光技术,即垂直腔体表面发射激光器(vcsel),由于它只需极低的驱动电流而通常不需要光电检测器。 值此要说明的是,激光驱动器必须做两件事情：首先它必须保持一个恒定的dc偏置，以设定激光器的工作点；另外它还必须提供—个调制电流来承载信号。随着制造商努力增加收发器的信号吞吐率，激光源的工作常数必须检仔细地加以规范，以更好地控制光输出。关于激光二极管和vcsel(垂直腔体表面发射激光器) fabu-perot类型的激光二极管从芯片狭窄的边沿发出相干光线,且反射镜处于边缘或安装在芯片的外部。不管怎样，对于未来的通信工业，更有前途的激光源是vcsel。就如同其名称所述，vcsel从位于芯片顶端(未来可能采用底部)的一个直径5至25微米的圆形腔体上垂直地发出激光光柱。反射镜排列在腔体的两端称为“分布式布喇格反射器”。将来,采