【導讀】光模塊是一種收發器設備，可將高速電數據信號轉換為光信號，反之亦然。這種電光系統是高速通信系統中的關鍵組件，數據能夠以最小的信號損失傳輸長達數十公里的距離，或者以每秒數百千兆字節的高數據速率傳輸幾米的距離，其中電子數據連接線的電容和電感引起的損失和延遲往往無法接受。
光模塊是一種收發器設備，可將高速電數據信號轉換為光信號，反之亦然。這種電光系統是高速通信系統中的關鍵組件，數據能夠以最小的信號損失傳輸長達數十公里的距離，或者以每秒數百千兆字節的高數據速率傳輸幾米的距離，其中電子數據連接線的電容和電感引起的損失和延遲往往無法接受。這些光通信系統廣泛應用于多種領域，包括電信、高性能計算 (HPC) 數據中心和高速網絡設備。
光模塊由激光二極管光學發射系統（即 TOSA，傳輸光系統組件）和高速光電二極管接收器（即 ROSA，接收光系統組件）組成。TOSA 將電信號轉換為光信號，以通過光纖進行傳輸，而 ROSA 則將接受到的光信號再轉換回電信號。當使用兩個光纖連接器（圖 1）連接時，可以實現全雙工通信。
圖 1：光纖通信網絡的工作原理
光收發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、激光二極管驅動器、光電二極管放大器、數字信號處理器、數據連接器和板載電源。
圖 2：光模塊示例
隨著所需數據速率從數十千兆比特每秒增加到數百千兆比特每秒，激光二極管和光電二極管的光學性能成為關鍵的限制條件，因此 ROSA 和 TOSA 需要具有可調節的偏置電源，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)。
內部電源的電源樹變得復雜，需要幾個 DC/DC 轉換器設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 轉換器模塊而非低壓差 (LDO) 線性穩壓器是因為效率要求高，并且必須將內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，這意味著轉換器高度限制為 2 mm 或更低。當然，轉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。大多數具有集成電感器和高輸出電流的緊湊型 DC/DC 轉換器模塊設計用于在 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要求，RECOM 推出了 RPZ 系列超小型 DC/DC 轉換器模塊。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 輸入電壓范圍內工作，并提供 0.6 V 至 6.65 VDC 的穩壓輸出，最高輸出電流可達 6 A，轉換效率達到 90%。RPZ 已集成屏蔽電感器，因此只需要外部電容器和設定電阻器就可以構成完整的電源。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 之間調節。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 之間調節，尺寸為 2 x 2 mm（與線性穩壓器大小相同，但效率高得多）。所有 RPZ 產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，無需反饋補償網絡，并能實現對瞬態的超快速負載調節以及極低的靜態電流。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 轉換器中很少見，因此需要一個高輸出電流的 DC/DC 轉換器為主 3.3 V 總線供電。RECOM 還生產 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 24 V、48 V 或 PoE 輸入，或可使用低成本的通用輸入 AC/DC 電源，例如具有內置 B 級 EMC 濾波器、尺寸僅為 2”x4”的緊湊型 RACM90E-48SK。
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