在通信需求必不可少的今天，隨著通信越來越深入我們的生活，在滿足我們日益增長的需求的同時降低通信系統的成本，成為越來越多運營商關心的問題，本文介紹了一種用于城域網的40Gbit/s CFP(百吉比特可熱插拔)光模塊，其主要由發射單元、接收單元和控制單元3大部分組成。重點介紹了各個部分的工作原理及具體設計方案，按照IEEE 802.3.ba標準對樣機進行了測試，結果表明該模塊滿足40Gbit/s以太網的應用要求。該模塊采用波分復用技術來實現4路不同波長的10Gbit/s載波信號在一根光纖中傳輸。

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隨著高清視頻和高速數據業務的迅速發展，人們對帶寬的要求越來越高，現有的10Gbit/s以太網已經表現出局限性，下一代高速以太網的出現成為發展的必然趨勢。IEEE 802.3ba標準，即40Gbit/s/100Gbit/s以太網標準已于2010年6月17日正式獲批，它支持40Gbit/s和100Gbit/s的以太網幀傳送，同時確立了主干網絡、銅纜布線、多模光纖和單模光纖通信的物理層規范，以減輕未來核心網絡帶寬的"瓶頸"問題。

基于IEEE 802.3ba 40GBASE-LR4規格的40Gbit/s CFP(百吉比特可熱插拔)光收發模塊，適應了如今數據中心日益增加的帶寬需求，它在單模光纖上傳輸的數據是傳統10Gbit/s光模塊的4倍，傳輸距離能達到10km。同時，研究40Gbit/s CFP技術也可以更好地為設計100Gbit/s CFP服務。本文從40Gbit/s光收發模塊的基本工作原理入手，分析整個模塊的硬件電路和軟件控制的實現方式。通過對模塊的光性能測試驗證了40Gbit/s光模塊應用于40Gbit/s光傳輸網絡的可行性。

1. 40Gbit/s CFP光模塊的工作原理

40Gbit/s CFP光模塊是可熱插拔的客戶端光模塊，其中40Gbit/s BASE-LR4基于1 310nm CWDM(粗波分復用)技術，在單模光纖上的傳輸距離達10km。頻率間隔基于ITU-T G.694.2規范，使用1270、1290、1310和 330nm 4個波長，每個波長通道的速率為10.312 5Gbit/s。文章后面提到的40Gbit/s CFP光模塊均為在單模光纖中傳輸的模式，支持40Gbit/s以太數據在4個波長上以每個波長10.312 5Gbit/s的速率傳輸，最后采用WDM(波分復用)技術將4個波長的光信號復合在一根單模光纖上傳輸。40Gbit/s CFP光模塊主要應用于城域網，可將輸入的電信號轉換成光信號輸出，以實現較長距離的傳輸，同時也能將接收到的光信號轉換成電信號輸出。

40Gbit/s CFP光模塊主要由3部分組成：發射單元、接收單元和控制單元。它的基本功能框圖如圖1所示。發射單元由LD(激光器)、LD驅動器和CDR(時鐘數據恢復)電路組成。輸入模塊的4對1 0.3 1 2 5Gbit/s差分電信號經過CDR電路再整形、再定時后，由LD驅動電路接收，驅動LD發出帶有數據調制信號的4路不同波長的激光，然后通過WDM 器將4路光信號合為一路輸出。接收單元由探測器、二級放大器(主放大器)和CDR電路組成。在模塊的接收端，解復用器將一路40Gbit/s光信號分成4路不同波長的10.312 5Gbit/s光信號，并通過探測器將其轉換成4路微弱的電信號。微弱的電信號首先經過前置放大器放大，然后由主放大器接收并對前置放大器放大后的信號進行二級放大，輸出電信號，從而完成光/電轉換。控制電路部分通過內部通信接口實現對激光器的APC(自動功率控制)、消光比補償、發射部分軟關斷和接收部分帶寬調整的智能控制，通過外部通信接口可以與上位機通信，完成模塊的相關工作狀態檢測量的實時監控上報。

2. 40Gbit/s CFP光模塊系統的總體設計方案

40Gbit/s CFP光模塊的總體設計主要是解決發射單元、接收單元和控制單元的實現問題。下面分別介紹各單元的具體設計方法。

在發射單元，選用10Gbit/s DML(直接調制激光器)作為TOSA(光發射組件)，激光器的驅動電路集成在驅動芯片內。激光驅動器接收差分輸入數據并為激光器提供偏置電流和調制電流。由于半導體激光器的斜效率會隨溫度的變化而不同，所以需要APC和消光比補償電路來實現穩定的激光器平均光功率。激光器中的PD(光電二極管)監測LD的光輸出功率大小，并將監控PD 的輸出值反饋給MCU(微控制器)，MCU 通過檢測到的反饋值來控制偏置電流IBias輸出，從而調節偏置電路使LD始終保持恒定的光功率輸出。同時，為了避免高速PCB(印刷電路板)上其他線路對信號線的干擾，在布線時對信號采用差分信號線傳輸。