【经验】光模块如何用微型半导体制冷TEC实现温度控制

2022-09-02 热电新能源
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在正常工作范围内,激光器波长与温度成正比关系,环境温度的变化会对波长造成影响。激光器波长的温度依赖性典型约为0.08nm/℃,因此对波长的控制可通过温度控制来实现,对激光器的管芯温度进行控制是稳定激光器发射波长的最有效、最基本的方法。


现在光模块已经进入400G时代,光模块的成本也越来越高。降低成本一直是行业永不变的诉求。光模块的作用是进行光电和电光转换,发送端把电信号转换成光信号,通过光纤传送后,接收端再把光信号转换成电信号。


那么光模块内部都包括哪些关键器件呢?应用光模块的设备,如交换机。设备单板信号输入光模块,光模块将电信号转换为光信号发送出去。接收是发送的逆过程。本文热电新能源将介绍如何控制光模块的温度。


光模块的主要器件包括:

CDR(Clock and Data Recovery):时钟数据恢复芯片的作用是在输入信号中提取时钟信号,并找出时钟信号和数据之间的相位关系,简单说就是恢复时钟。同时CDR还可以补偿信号在走线、连接器上的损失。


LDD(LaserDiode Driver):将CDR的输出信号,转换成对应的调制信号,驱动激光器发光。不同类型的激光器需要选择不同类型的LDD芯片。在短距的多模光模块中(例如100G SR4),一般来说CDR和LDD是集成在同一个芯片上的。


TOSA:实现电/光转换,主要包括激光器、MPD、TEC、隔离器、Mux、耦合透镜等器件,有TO-CAN、Gold-BOX、COC、COB等封装形式。对应用在数据中心的光模块,为了节省成本,TEC、MPD、隔离器都不是必备项。Mux也仅在需要波分复用的光模块中。此外,有些光模块的LDD也封装在TOSA中。


ROSA:实现光/电转换,主要包括PD/APD、DeMux、耦合组件等,封装类型一般和TOSA相同。PD用于短距、中距的光模块,APD主要应用于长距光模块。


TIA(Transimpedance amplifier):配合探测器使用。探测器将光信号转换为电流信号,TIA将电流信号处理成一定幅值的电压信号,我们可以将它简单的理解为一个大电阻。


LA(Limiting Amplifier):TIA输出幅值会随着接收光功率的变化而改变,LA的作用就是将变化的输出幅值处理成等幅的电信号,给CDR和判决电路提供稳定的电压信号。高速模块中,LA通常和TIA或CDR集成在一起。


MCU:负责底层软件的运行、光模块相关的DDM功能监控及一些特定的功能。DDM监控主要实现对温度、Vcc电压、Bias电流、Rx power、Tx power 5个模拟量的信号进行实时监测,通过这些参数判断光模块的工作状况,便于光通信链路的维护。


而要实现光模块的稳定工作,核心问题就是保持TOSA部分的激光二级管的正常工作状态,这其中保持适当的温度是实现二极管正常工作的关键因素。因此,必须对激光二级管进行温度控制。因为,在如此高的频率,激光二级管的波长稍有偏移,就可能导致信息传输出现误传、漏传等问题。此时,微型半导体制冷TEC是最适合应用作为控制温度的器件,其外形尺寸一般从零点几到2至3mm,厚度可以做到1mm以内,制冷能力从几百毫瓦到几瓦,供电电压也可以根据客户要求来匹配。


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产品型号
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厚度H(mm)
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S01-031-0808
制冷片
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