在通信需求必不可少的今天，随着通信越来越深入我们的生活，在满足我们日益增长的需求的同时降低通信系统的成本，成为越来越多运营商关心的问题，本文介绍了一种用于城域网的40Gbit/s CFP(百吉比特可热插拔)光模块，其主要由发射单元、接收单元和控制单元3大部分组成。重点介绍了各个部分的工作原理及具体设计方案，按照IEEE 802.3.ba标准对样机进行了测试，结果表明该模块满足40Gbit/s以太网的应用要求。该模块采用波分复用技术来实现4路不同波长的10Gbit/s载波信号在一根光纤中传输。
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随着高清视频和高速数据业务的迅速发展，人们对带宽的要求越来越高，现有的10Gbit/s以太网已经表现出局限性，下一代高速以太网的出现成为发展的必然趋势。IEEE 802.3ba标准，即40Gbit/s/100Gbit/s以太网标准已于2010年6月17日正式获批，它支持40Gbit/s和100Gbit/s的以太网帧传送，同时确立了主干网络、铜缆布线、多模光纤和单模光纤通信的物理层规范，以减轻未来核心网络带宽的"瓶颈"问题。
基于IEEE 802.3ba 40GBASE-LR4规格的40Gbit/s CFP(百吉比特可热插拔)光收发模块，适应了如今数据中心日益增加的带宽需求，它在单模光纤上传输的数据是传统10Gbit/s光模块的4倍，传输距离能达到10km。同时，研究40Gbit/s CFP技术也可以更好地为设计100Gbit/s CFP服务。本文从40Gbit/s光收发模块的基本工作原理入手，分析整个模块的硬件电路和软件控制的实现方式。通过对模块的光性能测试验证了40Gbit/s光模块应用于40Gbit/s光传输网络的可行性。
1. 40Gbit/s CFP光模块的工作原理
40Gbit/s CFP光模块是可热插拔的客户端光模块，其中40Gbit/s BASE-LR4基于1 310nm CWDM(粗波分复用)技术，在单模光纤上的传输距离达10km。频率间隔基于ITU-T G.694.2规范，使用1270、1290、1310和 330nm 4个波长，每个波长通道的速率为10.312 5Gbit/s。文章后面提到的40Gbit/s CFP光模块均为在单模光纤中传输的模式，支持40Gbit/s以太数据在4个波长上以每个波长10.312 5Gbit/s的速率传输，最后采用WDM(波分复用)技术将4个波长的光信号复合在一根单模光纤上传输。40Gbit/s CFP光模块主要应用于城域网，可将输入的电信号转换成光信号输出，以实现较长距离的传输，同时也能将接收到的光信号转换成电信号输出。
40Gbit/s CFP光模块主要由3部分组成：发射单元、接收单元和控制单元。它的基本功能框图如图1所示。发射单元由LD(激光器)、LD驱动器和CDR(时钟数据恢复)电路组成。输入模块的4对1 0.3 1 2 5Gbit/s差分电信号经过CDR电路再整形、再定时后，由LD驱动电路接收，驱动LD发出带有数据调制信号的4路不同波长的激光，然后通过WDM 器将4路光信号合为一路输出。接收单元由探测器、二级放大器(主放大器)和CDR电路组成。在模块的接收端，解复用器将一路40Gbit/s光信号分成4路不同波长的10.312 5Gbit/s光信号，并通过探测器将其转换成4路微弱的电信号。微弱的电信号首先经过前置放大器放大，然后由主放大器接收并对前置放大器放大后的信号进行二级放大，输出电信号，从而完成光/电转换。控制电路部分通过内部通信接口实现对激光器的APC(自动功率控制)、消光比补偿、发射部分软关断和接收部分带宽调整的智能控制，通过外部通信接口可以与上位机通信，完成模块的相关工作状态检测量的实时监控上报。
2. 40Gbit/s CFP光模块系统的总体设计方案
40Gbit/s CFP光模块的总体设计主要是解决发射单元、接收单元和控制单元的实现问题。下面分别介绍各单元的具体设计方法。
在发射单元，选用10Gbit/s DML(直接调制激光器)作为TOSA(光发射组件)，激光器的驱动电路集成在驱动芯片内。激光驱动器接收差分输入数据并为激光器提供偏置电流和调制电流。由于半导体激光器的斜效率会随温度的变化而不同，所以需要APC和消光比补偿电路来实现稳定的激光器平均光功率。激光器中的PD(光电二极管)监测LD的光输出功率大小，并将监控PD 的输出值反馈给MCU(微控制器)，MCU 通过检测到的反馈值来控制偏置电流IBias输出，从而调节偏置电路使LD始终保持恒定的光功率输出。同时，为了避免高速PCB(印刷电路板)上其他线路对信号线的干扰，在布线时对信号采用差分信号线传输。
