八路集成CWDM光收发模块特性研究与电路设计

论文摘要

本文所设计的2.5G八路集成粗波分复用（CWDM）光收发一体模块,正是当今应用于光纤通信主干网的重要器件,并且该模块集成了ITU-T G.957标准所规定的1470nm至1610nm间的全部八个波长段（每隔20nm一个波段）的光信号传输。工作时的性能相当于八个普通的单波长SFP（Small Form Pluggable）光收发模块同时工作的性能,但却具有体积更小、集成度更高以及成本更低等一系列优点。在电路原理图的设计的数字诊断电路部分的设计上,本文创新式的应用了单片机Atmega 88V与八个DS1856芯片来完成整个模块的数字诊断设计,成功的解决了这一设计问题,达到了设计要求。在电路的PCB设计部分,为解决信号质量问题,本文将高速电路设计的理论知识运用到了本模块的电路PCB设计当中。对设计中遇到的高速电路电源完整性（PI）问题,信号完整性（SI）问题以及电磁干扰（EMI）问题逐一进行分析,通过理论分析和公式推导的方法加以验证并提出改进意见,运用仿真的方法将所有问题直观化并最终将上述问题解决。高速电路仿真贯穿于PCB设计全过程,文中运用到了高速电路仿真软件Candence SQ PI和Mentor Hyperlynx对本设计中遇到的高速电路问题进行详细的分析和解决,并得到了令人满意的结果。在设计完成后的实验室测试阶段,对本模块的各项参数进行了测试和分析。通过各项测试表明该2.5Gbps八路集成CWDM光收发模块的各项性能均能达到预期的设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研究动态
• 1.1.1 国外CWDM光收发模块的生产及研究状况
• 1.1.2 国内CWDM光收发模块的研究现状
• 1.2 本课题在理论或实际应用方面的意义和价值
• 1.3 本课题设计难题及其解决方案
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 八路集成CWDM光收发模块功能、原理
• 2.1 引言
• 2.2 八路集成CWDM光收发模块的原理
• 2.2.1 电路部分的实现
• 2.2.2 光路部分的实现
• 2.2.3 产品结构的实现
• 2.2.4 CWDM光收发模块中的组件
• 2.3 本章小结
• 第3章 电路设计原理与难点问题解决
• 3.1 引言
• 3.2 APD偏压电路的设计
• 3.2.1 DC-DC升压电路原理
• 3.2.2 DC－DC输出倍压电路的设计
• 3.3 限幅放大器及其外围电路的设计
• 3.3.1 限幅放大器工作原理和典型电路
• 3.3.2 SY88923 中告警问题的外围电路解决
• 3.4 驱动器及其外围电路设计
• 3.4.1 MAX3738 的调试和应用
• 3.4.2 平均光功率和消光比的控制
• 3.5 数字诊断（DDM）电路的设计
• 3.5.1 结构及工作原理
• 3.5.2 基于D51856 和Atmega88V的数字诊断电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 PCB设计与高速电路仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 PCB电源完整性影响因素分析
• 4.2.1 去耦电容的分析
• 4.2.2 地弹和同步切换噪声的分析
• 4.2.3 电源分配系统阻抗分析
• 4.2.4 光收发模块电源完整性仿真
• 4.3 PCB信号完整性因素分析
• 4.3.1 传输线的特征阻抗理论推导
• 4.3.2 反射问题的分析
• 4.3.3 串扰问题分析
• 4.3.4 光收发模块信号完整性分析仿真
• 4.4 PCB的电磁干扰分析
• 4.4.1 电磁干扰的产生因素
• 4.4.2 PCB设计中的电磁干扰及控制
• 4.4.3 光收发模块电磁干扰仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 八路集成CWDM光收发模的实验室测试
• 5.1 引言
• 5.2 用于测试的仪器
• 5.3 接收端性能测试
• 5.4 发射端性能测试
• 5.4.1 光谱特性测试
• 5.4.2 功率测试
• 5.4.3 消光比及眼图测试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 设计要求
• 附录2 发射信号眼图
• 附录3 模块设计图
• 致谢