【導(dǎo)讀】光模塊是一種收發(fā)器設(shè)備，可將高速電數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為光信號，反之亦然。這種電光系統(tǒng)是高速通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，數(shù)據(jù)能夠以最小的信號損失傳輸長達(dá)數(shù)十公里的距離，或者以每秒數(shù)百千兆字節(jié)的高數(shù)據(jù)速率傳輸幾米的距離，其中電子數(shù)據(jù)連接線的電容和電感引起的損失和延遲往往無法接受。
光模塊是一種收發(fā)器設(shè)備，可將高速電數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為光信號，反之亦然。這種電光系統(tǒng)是高速通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，數(shù)據(jù)能夠以最小的信號損失傳輸長達(dá)數(shù)十公里的距離，或者以每秒數(shù)百千兆字節(jié)的高數(shù)據(jù)速率傳輸幾米的距離，其中電子數(shù)據(jù)連接線的電容和電感引起的損失和延遲往往無法接受。這些光通信系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，包括電信、高性能計算 (HPC) 數(shù)據(jù)中心和高速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
光模塊由激光二極管光學(xué)發(fā)射系統(tǒng)（即 TOSA，傳輸光系統(tǒng)組件）和高速光電二極管接收器（即 ROSA，接收光系統(tǒng)組件）組成。TOSA 將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，以通過光纖進(jìn)行傳輸，而 ROSA 則將接受到的光信號再轉(zhuǎn)換回電信號。當(dāng)使用兩個光纖連接器（圖 1）連接時，可以實現(xiàn)全雙工通信。
圖 1：光纖通信網(wǎng)絡(luò)的工作原理
光收發(fā)器模塊有各種標(biāo)準(zhǔn)化形狀，如小型可插拔 (SFP) 和四通道小型可插拔 (QSFP) 等。這些形狀定義了模塊的物理和電氣特性，并可在兼容的 19 英寸機架組件中進(jìn)行互換。例如，QSFP 模塊尺寸設(shè)置為 8.5 mm 高、18.35 mm 寬和 72.4 mm 長。在這一緊湊模塊中，集成了光纖連接器、激光二極管驅(qū)動器、光電二極管放大器、數(shù)字信號處理器、數(shù)據(jù)連接器和板載電源。
圖 2：光模塊示例
隨著所需數(shù)據(jù)速率從數(shù)十千兆比特每秒增加到數(shù)百千兆比特每秒，激光二極管和光電二極管的光學(xué)性能成為關(guān)鍵的限制條件，因此 ROSA 和 TOSA 需要具有可調(diào)節(jié)的偏置電源，以將反應(yīng)時間加速到 50 ps 或更低，從而進(jìn)一步增加了電源系統(tǒng)的復(fù)雜性。
此外，激光二極管的光學(xué)特性強烈依賴于溫度——如果溫度變化超過 ±0.1°C，光輸出的波長將會漂移，可能會損害激光二極管的性能。保持激光二極管溫度恒定的一種方法是使用有源珀耳帖元件進(jìn)行熱電制冷 (TEC)。
內(nèi)部電源的電源樹變得復(fù)雜，需要幾個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)備來提供所需的各種板載電壓（圖 3）。
圖 3：光模塊電源樹示例
需要 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊而非低壓差 (LDO) 線性穩(wěn)壓器是因為效率要求高，并且必須將內(nèi)部功率損耗引起的自熱降到最低。緊湊型光模塊尺寸還意味著 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的高度必須與板上其他 IC 的高度相同或更低。實際上，這意味著轉(zhuǎn)換器高度限制為 2 mm 或更低。當(dāng)然，轉(zhuǎn)換器的尺寸也必須盡可能小巧，因為主 PCB 的寬度和長度受到限制。最后一個限制是電源電壓僅為 3.3 VDC。大多數(shù)具有集成電感器和高輸出電流的緊湊型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊設(shè)計用于在 5 V 或 12 VDC（4-16 VDC）的較高電源電壓下工作。
為了滿足所有這些苛刻的技術(shù)要求，RECOM 推出了 RPZ 系列超小型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊。RPZ-6.0 是一款 SMD 電源模塊，采用 4 mm x 6 mm x 1.6 mm QFN 封裝，可在 2.75–7 VDC 輸入電壓范圍內(nèi)工作，并提供 0.6 V 至 6.65 VDC 的穩(wěn)壓輸出，最高輸出電流可達(dá) 6 A，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 90%。RPZ 已集成屏蔽電感器，因此只需要外部電容器和設(shè)定電阻器就可以構(gòu)成完整的電源。RPZ-3.0A 電源模塊甚至更小，尺寸為 2.5 x 3.5 mm，高度為 1.6 mm，可提供高達(dá) 3 A 的輸出電流，并且輸出電壓可在 0.6 至 5.5 VDC 之間調(diào)節(jié)。最后，RPZ-1.0 可以提供 1 A 輸出電流，輸出電壓可在 0.6 至 5.25 VDC 之間調(diào)節(jié)，尺寸為 2 x 2 mm（與線性穩(wěn)壓器大小相同，但效率高得多）。所有 RPZ 產(chǎn)品均可防止短路故障。
帶有合適插座的完整光模塊電源樹如圖 4 所示。PCB 與外殼之間僅需要 1.6 mm 的間隙即可容納電源模塊。
圖 4：帶插座和尺寸的光模塊電源樹
所有 RPZ 系列規(guī)格的摘要如下所示：
所有 RPZ 電源模塊都采用恒定導(dǎo)通時間 (COT) 電流控制方案，無需反饋補償網(wǎng)絡(luò)，并能實現(xiàn)對瞬態(tài)的超快速負(fù)載調(diào)節(jié)以及極低的靜態(tài)電流。這一點，加上短路保護(hù)、過電流保護(hù)、過溫保護(hù)和欠壓鎖定功能，使其成為數(shù)字信號處理器和精密模擬放大器負(fù)載的理想電源。
如前所述，光模塊的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓為 3.3 V。這種低輸出電壓在高功率 AC/DC 轉(zhuǎn)換器中很少見，因此需要一個高輸出電流的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器為主 3.3 V 總線供電。RECOM 還生產(chǎn) RPMGS5.0-20，這是一種十六分之一磚型（34 x 37 mm）開放式框架 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為 18 至 75 VDC，并能夠在 3.3 VDC 電壓下提供最高 20 A 電流，支持工業(yè) 24 V、48 V 或 PoE 輸入，或可使用低成本的通用輸入 AC/DC 電源，例如具有內(nèi)置 B 級 EMC 濾波器、尺寸僅為 2”x4”的緊湊型 RACM90E-48SK。
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