【導讀】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，以通過光纖進行傳輸，而 ROSA 則將接受到的光信號再轉(zhuǎn)換回電信號。當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)器模塊有各種標準化形狀，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，以將反應時間加速到 50 ps 或更低，從而進一步增加了電源系統(tǒng)的復雜性。
此外，激光二極管的光學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行熱電制冷 (TEC)。
內(nèi)部電源的電源樹變得復雜，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 6 A，轉(zhuǎn)換效率達到 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 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)的超快速負載調(diào)節(jié)以及極低的靜態(tài)電流。這一點，加上短路保護、過電流保護、過溫保護和欠壓鎖定功能，使其成為數(shù)字信號處理器和精密模擬放大器負載的理想電源。
如前所述，光模塊的標準供電電壓為 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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