一、背景概述

随着光通信的高速发展，以同轴电缆、网线为代表的金属介质通信，逐渐被光纤介质所取代；而光模块，是光纤通信系统的核心器件之一。光模块是实现光电转换和电光转换的关键器件，主要由光发射器（TOSA）、光接收器（ROSA）、功能电路和光电接口等部分组成。激光器产生高纯度、高功率的激光光束，光接收器将激光光束转换成电信号，调制器用于调制电信号以便在光纤中传输。

二、光模块技术现状

三、光模块基本框图及关键器件

• CDR(Clock and Data Recovery)：时钟数据恢复芯片的作用是在输入信号中提取时钟信号，并找出时钟信号和数据之间的相位关系；同时CDR还可以补偿信号在走线、连接器上的损失。
• LDD(Laser Diode Driver)：将CDR的输出信号，转换成对应的调制信号，驱动激光器发光。不同类型的激光器需要选择不同类型的LDD芯片。在短距的多模光模块中（例如100G SR4），一般来说CDR和LDD集成在同一个芯片上。
• TOSA：实现电/光转换，主要包括激光器、MPD、TEC、隔离器、Mux、耦合透镜等器件，有TO-CAN、Gold-BOX、COC、COB等封装形式。对应用在数据中心的光模块，为了节省成本，TEC、MPD、隔离器都不是必备项。Mux也仅在需要波分复用的光模块中。此外，有些光模块的LDD也封装在TOSA中。
• ROSA：实现光/电转换，主要包括PD/APD、DeMux、耦合组件等，封装类型一般和TOSA相同。PD用于短距、中距的光模块，APD主要应用于长距光模块。
• TIA(Transimpedance amplifier)：配合探测器使用。探测器将光信号转换为电流信号，TIA将电流信号处理成一定幅值的电压信号，可以简单的理解为一个大电阻。
• LA(Limiting Amplifier)：TIA输出幅值会随着接收光功率的变化而改变，LA的作用就是将变化的输出幅值处理成等幅的电信号，给CDR和判决电路提供稳定的电压信号。高速模块中，LA通常和TIA或CDR集成在一起。
• MCU：负责底层软件的运行、光模块相关的DDM功能监控及一些特定的功能。DDM监控主要实现对温度、Vcc电压、Bias电流、Rx power、Tx power 5个模拟量的信号进行实时监测，通过这些参数判断光模块的工作状况，便于光通信链路的维护。

四、新唐光模块MCU解决方案

从数通领域到电信领域，从现有通用光模块，到新兴的 5G 前传波分复用 ( Wavelength Division Multiplexing, WDM ) 场景的调顶光模块，新唐能提供完整的解决方案。NuMicro M029G /M030G 系列适用于通用光模块，而硬件调顶MCU NuMicro M031G 系列则专为调顶光模块设计。

1. NuMicro M029G /M030G/ M031G系列特色

• 硬件曼彻斯特编解码器 ( M031G 系列)：调制及解调低频微扰信号
• DAC 支持自动数据产生功能 ( M031G 系列)：可于 500 kHz 的频率下产生 32 点平顺的正弦波作为调顶功能输出使用
• 内置温度传感器：0 °C 至 70 °C 的精度为 ± 1.6 °C；-40 °C 至 105 °C 的精度为 ± 2 °C
• 小封装：QFN24 3×3 mm；QFN33 4×4 mm
• I²C：支持 1 MHz 从机模式，出厂预烧 I2C Bootloader

2. 通用光模块 MCU

光模块两端分别连接了电口及光口，并在电口端利用I2C与上位机沟通。光模块光功率会受温度变化的影响，需监控光模块的温度，并提供参考电压做调整。因此MCU须具备量测温度的能力—温度传感器，以及测量和调整电压的能力—ADC/DAC。此外光模块封装尺寸狭小，因此 MCU 也必须为小封装。
新唐的 NuMicro M029G/M030G/ M031G系列专为光模块所设计，除了充足的DAC及ADC之外，皆内建温度传感器、提供QFN24及QFN33的小封装选择，并且配有两组I²C接口，出厂预烧 I2C Bootloader，满足光模块的需求。

3. 调顶光模块 MCU

在SDH/WDM网络中，每个波道通常会传输两类信息，一类是业务信息，另一类是监控和管理相关信息。监控与管理信息，一般依附于业务信息传递，或使用独立的通道资源。如果不使用独立的通道，那么就需要调顶技术。调顶信号是在业务信号上迭加一个小幅度的信号，因此又称为低频微扰信号。此信号需以曼彻斯特码做传递，即可利用信号的变化来保持发送和接收之间的同步。为产生及接收曼彻斯特码，光模块需具备曼彻斯特编解码器，此处为调顶光模块和通用光模块最大的差异。

MCU NuMicro M031G 系列，搭载硬件曼彻斯特编解码器，可快速地调制及解调曼彻斯特码，供调顶信号使用。依据不同电信业者及设备商的需求，调顶信号又分为调幅模式及调频模式 ( 多载频调幅 )，两种模式新唐 NuMicro M031G 系列皆可支持。M031G另配有1组DAC支持自动数据产生功能，可生成正弦波供调频模式使用。

NUVOTON

网址：https://www.nuvoton.com

国家：中国台湾

新唐公司成立于2008年，于2010年在台湾证券交易所正式上市挂牌。新唐科技专注于开发微控制/微处理、智能家居及云端安全相关应用之IC、电池监控IC、影像感测IC、IoT应用IC、半导体组件等产品，相关产品在工业、车用、通讯、消费电子及计算机市场皆具领先地位；此外，新唐科技拥有的6吋晶圆制造厂，具备多样性制程技术能力，提供专业化晶圆代工服务。2020年完成并购日本松下半导体。

新唐公司以灵活之技术、先进之设计能力及数字模拟整合技术能力提供客户高性价比之产品，并重视与客户及合作伙伴的长期关系，致力于产品、制程及服务的不断创新。新唐科技在美国、中国大陆、以色列、印度、新加坡、韩国及日本等地均设有据点，以强化地区性客户支持服务与全球运筹管理。

产品线详细信息

中文名称：新唐

产品分类：MCU

经营模式：代理

应用领域及市场

安防监控，工业控制，消费电子，智能家居等。

主要产品

MCU，音频系统芯片，语音芯片，PC 电源管理等。微控制器生态系统有：8051、Cortex-M0、Cortex-M23、Cortex-M4、ARM9、Cortex-A35系列产品。

五、圣邦微在光模块中应用

圣邦微针对光模块，小基站等通信设备新推出一系列产品，涵盖TEC\EML\APD驱动，小封装DCDC，负载开关，电压监控，I2C电平转换，及信号链高速/高精运放，高速比较器等，全面助力光模块设计。

1. EML电吸收调制激光器直流偏置

SGM41291/5，集成LD & EA 供电，通过I2C设置输出

SGM660，负压Buck-Boost，-0.8V~5.2V/800mA Max

2. APD雪崩光电二极管驱动

SGM4128x系列，70V APD电源及电流监测

3. TEC驱动

SGM4129x系列，集成式1.5/3A TEC控制器，包括差分驱动、脉冲宽度调制和斩波放大器等

SGMC

网址：www.sg-micro.com

国家：中国

圣邦微电子（北京）股份有限公司（股票代码300661）专注于高性能、高品质模拟集成电路的研发和销售。 公司产品覆盖信号链和电源管理两大领域，拥有25大类4000余款可销售型号，包括各类运算放大器及比较器、音频功率放大器、视频缓冲器、线路驱动器、模拟开关、温度传感器、模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）、电平转换芯片、接口电路、电压基准芯片、小逻辑芯片、LDO、微处理器电源监控电路、DC/DC降压转换器、DC/DC升压转换器、DC/DC升降压转换器、背光及闪光灯LED驱动器、AMOLED电源芯片、PMU、OVP及负载开关、电池充放电管理芯片、电池保护芯片、马达驱动芯片、MOSFET驱动芯片等。

产品线详细信息

中文名称：圣邦微

产品分类：模拟器件

经营模式：代理

应用领域及市场

通信设备，工业控制，汽车电子，消费电子，安防监控，医疗电子，智能家居，仪器仪表等。

主要产品

运放，比较器，数据转换，音频/视频驱动，模拟开关，逻辑芯片，电源管理芯片，MOSFET驱动，电机驱动等。

六、丰宝介绍

上海丰宝电子信息科技有限公司创办于1998年5月，本土知名的元器件代理商。总部位于上海，在北京、深圳、苏州、香港、台湾设有分公司，并在广州、东莞、厦门、南京、杭州、 武汉、西安等15个城市设有办事处。公司主营电子元器件世界品牌在中国大陆的代理销售，并致力于代理芯片产品的应用设计开发，整体解决方案在通讯、家电、工业控制得到广泛应用。公司的主要代理品牌有Bourns、Winbond、Omron、Knowles、U-blox 、Nuvoton、Digi和Torex等。

丰宝电子系上海市高新技术企业，2003至2014年连续十二年被《国际电子商情》评选为“读者最满意的十家大陆电子元器件分销商”。在2008至2011年三次获得“Omron优秀代理商销售奖”，2009至2012年三次获得“SGMC杰出成长奖”，2010年荣获“Bourns杰出业绩奖”，2011年荣获“NXP年度增长最快ID奖”，2012年荣获“NXP最佳FAE支持团队奖”，2013荣获 Torex合作伙伴奖。丰宝电子视诚信经营为企业至高荣誉，一直致力于上海市“诚信创建企业”工作认定，截止到2017年已荣升为五星级企业。