公開了一種使由光電子模塊所使用的功率的量最小化的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)使用熱電冷卻器（ＴＥＣ）以將該模塊的殼溫度保持在約５０℃。這允許該ＴＥＣ以效率高得多的加熱模式工作，由此使用來保持該模塊溫度的電流的量最小化。該方法包括確定用于光電子模塊的溫度范圍和工作溫度的步驟，使得不超過最大電流水平。在一個示范性實施例中，具有從約－５℃至約７５℃的溫度范圍的約５０℃的工作溫度允許的最大電流為約３００ｍＡ。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及光電子模塊的領(lǐng)域，且更具體地，涉及最小化由使用熱電冷卻器(TEC)控制溫度的光電子模塊所消耗的功率的量。
技術(shù)介紹
光纖技術(shù)越來越多地用于傳輸語音和數(shù)據(jù)信號。作為傳輸媒介，光纖提供了超越傳統(tǒng)電通信技術(shù)的一些優(yōu)點。例如，光信號允許極高的傳輸速率和很高的帶寬能力。而且，光信號對電磁干擾有抵抗力，而電磁干擾會干擾電信號并可使電信號降級。光信號還可在較大距離上傳輸，而沒有典型地與銅線上的電信號相關(guān)聯(lián)的信號損失。盡管光通信提供了一些優(yōu)點，但將光用作傳輸媒介還是提出了一些實施挑戰(zhàn)。特別而言，當由諸如網(wǎng)絡(luò)交換機的設(shè)備接收時，由光信號承載的數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成電的格式。相反地，當數(shù)據(jù)傳輸至光網(wǎng)絡(luò)時，其必須從電信號轉(zhuǎn)換成光信號。光信號的傳輸?shù)湫偷赝ㄟ^在光纖線纜的兩端使用光子器件如收發(fā)器模塊來實現(xiàn)。每個收發(fā)器模塊典型地包含能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換成光信號的激光發(fā)射器電路，和能夠?qū)⑺邮盏墓庑盘栟D(zhuǎn)換回電信號的光接收器。這些收發(fā)器模塊經(jīng)由兼容的連接端口來與諸如主計算機、交換集線器、網(wǎng)絡(luò)路由器、交換機盒、計算機輸入/輸出(I/O)等的主機設(shè)備對接。在一些應(yīng)用中，理想的是將收發(fā)器模塊的物理尺寸小型化，以增加與主機設(shè)備對接的收發(fā)器模塊的數(shù)目。通過增加連接端口的數(shù)目，主機設(shè)備在給定的物理空間內(nèi)容納較高數(shù)目的網(wǎng)絡(luò)連接。在一些情況中，可能理想的是，收發(fā)器模塊是可熱插拔的，即，允許從主機設(shè)備插入和拔出收發(fā)器模塊而無需關(guān)斷電源。為了實現(xiàn)這些多種目的，且確保不同制造商之間的兼容性，采用的國際和工業(yè)標準限定光收發(fā)器模塊的物理尺寸和形狀。例如，一群光部件制造商開發(fā)了用于稱為小形狀因子可插拔(SFP)收發(fā)器的光收發(fā)器模塊的一組標準。除了電接口的細節(jié)以外，該標準還限定了用于SFP收發(fā)器模塊的物理尺寸和形狀，以及關(guān)聯(lián)于主機設(shè)備的對應(yīng)的連接端口或模塊罩(cage)。這些標準確保了不同制造商的產(chǎn)品之間的互操作性。最近，10Gb/s小形狀因子可插拔(XFP)標準與所有與尺寸、汲取電流(current draw)等有關(guān)的對應(yīng)的細節(jié)一起被采用。隨著滿足SFP或XFP標準的收發(fā)器封裝的減小、以及數(shù)據(jù)速率的增大，由收發(fā)器生成的熱已成為一個問題。散熱機構(gòu)或冷卻機構(gòu)減輕由這些收發(fā)器內(nèi)的激光器和激光二極管產(chǎn)生的過多的熱。例如，10G比特收發(fā)器通常需要散熱機構(gòu)在15-30攝氏度(℃)的標準溫度范圍中工作，而用于較低速度光傳輸?shù)氖瞻l(fā)器可以不需要散熱。然而散熱機構(gòu)的使用增大了組裝收發(fā)器的復(fù)雜性和成本，減少了本來可用于收發(fā)器的光和電功能部件的空間，并增大了使收發(fā)器工作所需的功率的量。一種類型的散熱或冷卻機構(gòu)是熱電冷卻器(TEC)。TEC將收發(fā)器或收發(fā)器的特定部件的溫度保持在預(yù)定點。如果該部件變得過熱，電流在TEC中以一個方向流動以產(chǎn)生冷卻。如果該部件變得過冷，電流以另一方向流動且TEC起到加熱器的作用。不幸地是，TEC在冷卻模式期間比在加熱模式期間需要大得多的功率。隨著模塊溫度的增大，TEC消耗的用于冷卻的功率呈指數(shù)增大。圖1示出曲線圖10，該圖是如標號12所示的由TEC汲取的電流相對于TEC的熱和冷側(cè)之間的溫度差(TEC的ΔT)之間的關(guān)系的示意性表示。用于TEC的零功率溫度表示為“0”，即在該點TEC的冷和熱側(cè)之間的溫度沒有差異，如標號14所示。從曲線圖10上的曲線16可看出，當TEC的ΔT變成負的時，由TEC汲取的用于加熱的電流的量只稍微地上升。這是因為TEC開始以加熱模式工作，并且汲取少量的電流。然而，當ΔT變成正的時，由TEC汲取的用于冷卻的電流的量很迅速地上升。這是真實的，因為TEC作為加熱器的效率比作為冷卻器高得多。在收發(fā)器應(yīng)用中，通常TEC(熱側(cè))的基座熱附著至收發(fā)器的殼，且激光器附著至TEC(冷側(cè))的頂部。對于這種通常的設(shè)置，當收發(fā)器殼溫度低于期望的激光器設(shè)置溫度時，TEC處于加熱模式，而相反，當收發(fā)器殼溫度高于激光器設(shè)置溫度時，TEC處于冷卻模式。為了盡可能使TEC高效地工作，理想的是在寬的收發(fā)器殼溫度范圍上使TEC以加熱模式工作。設(shè)計成使激光器在從約15℃至約30℃的溫度范圍內(nèi)工作的當前的收發(fā)器模塊存在一個問題。由于典型收發(fā)器模塊的工作環(huán)境，即許多模塊彼此靠近地安置，收發(fā)器的工作殼溫度遠遠超過期望的激光器溫度范圍，這需要控制激光器溫度的TEC以效率較低的冷卻模式運轉(zhuǎn)。這出現(xiàn)了一個問題，因為包括TEC在內(nèi)的收發(fā)器模塊可利用的功率的總量是有限的，且花費大量功率以保持收發(fā)器的激光器冷卻至不大于30℃是不期望的。一個相關(guān)的問題是在給定的溫度范圍中收發(fā)器模塊可用的帶寬。在本領(lǐng)域中公知，可通過調(diào)節(jié)溫度來對信道間隔調(diào)諧。例如，對于約100GHz的信道間隔，在信道之間移動需要約10℃的溫度偏移。對于設(shè)計成在幾個DWDM信道工作的收發(fā)器，有必要增大TEC的溫度控制范圍，以提供必要的熱調(diào)諧。為了在單個100GHz信道工作，典型地需要大約10℃的溫度控制范圍。然而，為了在兩個100GHz信道上工作，需要大約20℃的溫度控制范圍。對于多信道應(yīng)用，優(yōu)化激光器溫度范圍以將TEC功率消耗最小化變得甚至更關(guān)鍵。
技術(shù)實現(xiàn)思路
依照以上所述，理想的是，使熱電冷卻器(TEC)在寬的模塊溫度范圍上以效率較高的冷卻模式工作，以使模塊(TEC)的功率消耗最小化。如果模塊可在擴展的溫度范圍上工作以允許在多個信道對模塊調(diào)諧，也是有益的。這允許較大量的數(shù)據(jù)傳輸并且仍然保持低的總功率消耗。本專利技術(shù)描述了一種光電子器件，其在允許TEC在大部分時間以加熱模式工作的溫度范圍中工作。結(jié)果，用于光電子器件的汲取電流在擴展的溫度范圍上保持在限定的最大值之下。在一個示范性的實施例中，在保持模塊電流在300mA或低于300mA的同時，模塊可在從約-10℃至約75℃的溫度范圍中工作。這在一種配置中通過將激光器工作溫度設(shè)置到大約50℃來實現(xiàn)。通過使激光器在提高的溫度工作，用以保持激光器溫度的TEC在大部分時間可保持在效率相對較高的加熱模式。在另一配置中，激光器的工作溫度可被提高，使得TEC只以加熱模式工作。在任一情形中，結(jié)果都是汲取的電流小于現(xiàn)有模塊的高效的光電子模塊，同時保持激光器的效率。本專利技術(shù)的這些和其他的目的和特征將通過下面的描述和所附權(quán)利要求而變得更全面地顯現(xiàn)，或可以由下面所闡明的本專利技術(shù)的實踐而習(xí)知。附圖說明為了進一步闡明本專利技術(shù)的上述和其他的優(yōu)點和特征，將參考在附圖中圖示的本專利技術(shù)的特定實施例來提供本專利技術(shù)的更為具體的描述。應(yīng)理解，這些附圖僅描繪了本專利技術(shù)的典型實施例，因此不應(yīng)認為是對本專利技術(shù)范圍的限制。將通過使用附圖，利用附加的特性和細節(jié)描述和解釋本專利技術(shù)，在附圖中圖1示出了TEC電流相對于TEC的熱和冷側(cè)之間的溫度差異(ΔTTEC)的曲線圖；圖2是光電子收發(fā)器的一個實施例的框圖；圖3是示出了用于控制圖2中的光電子收發(fā)器的激光發(fā)射器溫度的電路的框圖；圖4是示出了用于標準的和優(yōu)化的激光器溫度的模塊的汲取電流相對于模塊的殼溫度的曲線圖；圖5是示出了允許波長調(diào)諧的兩個溫度處的模塊的汲取電流相對于模塊的殼溫度的曲線圖；以及圖6示出了用于使光電子模塊中的功率消耗最小化的一種示范性方法。具體實施例方式本專利技術(shù)的示范性實施例指向減輕在較高溫度時為冷卻光電子器件或模塊的部件而汲取過多的TEC電流的問題。這些實施例允許用于器件或模塊的殼溫度本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種光電子器件，包括：殼；激光器組件，設(shè)置在所述殼內(nèi)；以及溫度控制器件，與所述激光器組件通信，所述溫度控制器件以冷卻模式或加熱模式工作，當所述溫度控制器件優(yōu)化為在約５０℃工作時，所述器件以所述加熱模式工作比以所述冷卻 模式工作更頻繁。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：詹姆斯斯特沃特，
申請(專利權(quán))人：菲尼薩公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]
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