目前100G SR4 光模塊主要采用COB 封裝技術(shù)，在光電芯片鍵合（bonding）階段，首先使用銀膠將光芯片、電芯片精準(zhǔn)固定在電路板規(guī)定位置上，該工序即為元件鍵合（die bonding）；然后采用打線機(jī)進(jìn)行金線鍵合（wire bonding），完成光模塊內(nèi)部的電氣連接。在光路耦合階段，采用8路陣列透鏡組完成光路90°彎折及聚焦，并采用有源耦合的工藝進(jìn)行光路的最終確認(rèn)，該設(shè)計(jì)方案工藝簡(jiǎn)單、高效，借助全自動(dòng)貼片機(jī)、打線機(jī)和耦合臺(tái)就可實(shí)現(xiàn)100G SR4 光模塊的大批量生產(chǎn)。

一、總體框圖

按照100G SR4 光模塊協(xié)議要求，該光模塊包括4路發(fā)射和接收，可實(shí)現(xiàn)4路25Gbps電信號(hào)的電光和光電轉(zhuǎn)換。在發(fā)射端4路25Gbps電信號(hào)通過金手指進(jìn)入光模塊VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片輸出偏置電流、調(diào)制電流驅(qū)動(dòng)VCSEL陣列發(fā)光，完成電光轉(zhuǎn)換。在接收端4路25Gbps光信號(hào)通過光纖陣列將4路光信號(hào)耦合到光電二極管PD陣列上，將4路光信號(hào)轉(zhuǎn)換成4路電信號(hào)，4路電信號(hào)經(jīng)過跨阻放大器轉(zhuǎn)換成4路電壓信號(hào)，完成光電轉(zhuǎn)換。

控制芯片MCU與VCSEL、TIA/LA 間采用IIC通訊，其主要工作包括：對(duì)VCSEL、TIA/LA進(jìn)行初始化配置；SFF8636標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的嵌入，通過AD采樣完成光模塊內(nèi)部工作電壓、溫度、偏置電流、發(fā)射光功率、接收光功率的實(shí)時(shí)監(jiān)控，按照協(xié)議與外部交換機(jī)進(jìn)行IIC通訊。

二、電路部分

1、發(fā)射電路

在發(fā)射端采用MALA37045的4通道VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片，單通道最高調(diào)制速率為28Gbps，可提供15mA偏置電流、12.8mA調(diào)制電流，另外還具有均衡EQ、時(shí)鐘恢復(fù)CDR等功能。如下圖1所示。

圖1發(fā)射功能框圖

2、接收部分

在接收端在發(fā)射端采用MATA37044 的4通道跨阻放大器芯片，該芯片具有預(yù)加重、時(shí)鐘恢復(fù)CDR等功能,。4路光信號(hào)通過PD陣列將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電流信號(hào)，跨組放大器芯片將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再經(jīng)過預(yù)加重、時(shí)鐘恢復(fù)電路對(duì)電壓信號(hào)中高頻部分進(jìn)行補(bǔ)償優(yōu)化及時(shí)鐘的矯正，從而提高光模塊的接收靈敏度，如下圖2所示。

圖2接收功能框圖

三、光路部分

在光路設(shè)計(jì)上采用光彎折的有源耦合技術(shù)，其中光彎折是通過陣列透鏡組完成的，陣列透鏡是一個(gè)整體，其中包含8個(gè)通道，4通道為發(fā)射通道；4通道為接收通道。其中一個(gè)通道的示意圖如圖3所示。

圖3光路圖

其中兩個(gè)透鏡、一個(gè)45°反射鏡。在工作時(shí)，由VCSEL芯片發(fā)出的光束經(jīng)透鏡1準(zhǔn)直后到達(dá)45°反射鏡，再經(jīng)透鏡2匯聚后耦合進(jìn)光纖。有源耦合是在耦合過程中借助光功率計(jì)和上位機(jī)軟件對(duì)耦合過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，找出發(fā)射端4通道發(fā)射光功率和接收端4通道PD響應(yīng)度都處于最大值90%以上范圍內(nèi)時(shí)陣列透鏡的位置，該位置就是最佳耦合點(diǎn)，然后對(duì)陣列透鏡進(jìn)行點(diǎn)膠和固化。

采用COB技術(shù)對(duì)100G SR4 并行光收發(fā)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，光路上采用光彎折及有源耦合工藝，測(cè)試產(chǎn)品商溫性能，同時(shí)也可以驗(yàn)證前期bonging工藝、光路耦合工藝的可行性。