高速光通信模塊設計

COVID-19 讓我們不得不面對一個現實，那就是面對面的交流變得不那么常見了。伴隨著最新一波包含無數新技術的數字化與信息化浪潮，互聯網訪問成為我們精準、實時的社交與交流重要手段。

光通信以光的形式發送信號。光信號已被用來構建整個信息時代的網絡框架，將服務器擴展至數據中心，并形成城域網骨干。這一進程將我們帶入了超寬、高速的F5G千兆光網新時代。

具有超高 F5G 帶寬的全光連接，其最終目標是提高傳輸速率。作為光通信網絡基礎的光模塊面臨更高密度功率、更高集成度和更高轉換效率的設計挑戰。

MPS 提供的緊湊型全面解決方案具有高效率和低紋波特性，可滿足高速光模塊電源解決方案的設計要求。這些產品包括降壓和升降壓轉換電源模塊（集成電感）、負電壓電荷泵、熱電冷卻器 (TEC) 控制器和軟啟動負載開關。

圖 1 為MPS 光模塊解決方案概覽。

圖1: MPS光模塊解決方案

集成電感的 MPM 功率模塊系列

MPS在集成電感的功率模塊產品方面積累了豐富的經驗，能夠提供行業領先的高功率密度功率模塊解決方案。

針對廣泛應用于數據通信和光纖骨干網基礎設施的400G/200G/100G光模塊，MPS提供了5V電源模塊解決方案，相比分立器件方案，這種方案體積更小且效率更高，能夠推動產品的優化與迭代。

MPM38X4C：5V、低壓、小電流系列

MPS 的MPM3814C、MPM3824C 和 MPM3834C提供了引腳兼容的 1A 至 3A 小尺寸解決方案。 圖 2 為這些器件的簡介。

圖 2：MPM38x4C 系列簡介

MPM3860：6A、全集成、單通道模塊

MPM3860 是一款低電壓、高效率、6A、單通道電源模塊解決方案。它采用 QFN-24 (4mmx6mm) 封裝（參見圖 3）。

圖3: MPM3860簡介

MPM4710：采用小尺寸封裝的升降壓電源模塊

MPM4710是一款采用小尺寸 ECLGA-14 (2.5mmx2.5mmx1.2mm) 封裝的升降壓電源模塊解決方案，可提供出色的輸出電壓紋波與輸入浪涌性能（參見圖 4）。MPM4710 是跨導放大器 (TIA) 電源解決方案的理想之選。

圖4: MPM4710簡介

激光二極管

激光二極管用于在光模塊中將電信號轉換為光信號。根據光發射的不同，常用的激光二極管被分為表面發射型和邊緣發射型。表面發射激光器通常都是垂直腔表面發射激光器（VCSEL）。邊緣發射激光器的種類則很多； 其中最為廣泛應用的是分布式反饋（DFB）激光器和電吸收調制激光器（EML）。下面將詳細描述這三種激光二極管。

垂直腔表面發射激光器（VCSEL）在功耗、溫漂、成本、集成度、散熱等方面具有一定的優勢。 但由于實際應用中的VCSEL都集中在850nm/980nm波長范圍，這種激光器更適用于數據高速傳輸的短距離數據中心，以及接入網絡。

與VCSEL相比，分布式反饋（DFB）激光器波長較長，常用于中長距離傳輸，非常適合傳輸網絡、無線基站和數據中心互連。DFB 激光器可以看作是一種直接調制激光器 (DML)，其信號的 0/1 調制通過控制電流來調節激光器的輸出強度。由于調制電流的變化，激光器具有更明顯的頻率啁啾，因而會產生更寬的脈沖和信號失真。因此不建議將 DML 用于高速、長距離傳輸。

電吸收調制激光器（EML）是集成了電吸收調制器 (EAM) 的激光二極管（即 DFB 激光器）。當 EML 工作時，激光器的注入電流保持恒定，并依靠外部調制器來調制光信號，因此很難產生啁啾效應。其信號傳輸質量非常適合高速、長距離電信骨干網、城域網和數據中心互連應用。但是，如果調制器 EAM 沒有額外的負壓偏置，采用 EML帶來的價格與功耗優勢就不會立即顯現。另外，還需要使用半導體冷卻器 (TEC) 進行精確的環境溫度控制，以確保高信號傳輸質量。

圖 5 所示為不同激光器類型的典型應用場景。

圖 5：不同激光器類型的典型應用場景

MPS 面向EML 應用提供了功能強大的產品，如負電壓電源和TEC 控制器等產品。

EAM負電壓電源

MP5418和MP5418A電荷泵可以為 EAM 提供可變的負電壓偏置（參見圖 6）。

圖 6：MP5418 和 MP5418A 簡介

TEC控制器

MP8833A 是一款具有 1.5A（3A 可選）電流能力的 TEC 控制器。圖 7 為MP8833A 簡介。

圖7: MP8833A簡介

結論

本文中總結了MPS用于實現F5G千兆時代高速光通信的光模塊解決方案，其中包括 MPM38x4C 系列（包括MPM3814C、MPM3824C和MPM3834C)、MPM3860、MPM4710、MP5418/MP5418A以及MP8833A。除此之外，MPS還提供將電信號轉換為光信號的激光二極管解決方案，如VCSEL、DFB和EML。如需更多信息，請瀏覽MPS 強大的電源模塊產品組合以及光模塊單片設計相關文章。