光模塊英文名叫Optical Module，是光通信領(lǐng)域的核心器件之一，搭配以太網(wǎng)交換機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。光模塊工作在物理層，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換：把光信號(hào)變成電信號(hào)，把電信號(hào)變成光信號(hào)。因此也被稱為通信界的魔法師。

　　光模塊雖然看似簡單，但實(shí)現(xiàn)過程的技術(shù)含量并不低。準(zhǔn)確來說，光模塊是多種模塊類別的統(tǒng)稱，具體包括：光接收模塊，光發(fā)送模塊，光轉(zhuǎn)發(fā)模塊和光收發(fā)一體模塊等。我們常說的光模塊，一般是指光收發(fā)一體模塊。

　　此前我們發(fā)表過相關(guān)文章：《國內(nèi)光通信芯片、光模組企業(yè)(TOP 32)》、《光芯片：光電子產(chǎn)業(yè)國產(chǎn)化的下一站》、《光器件光模塊專題報(bào)告》，今天我們以光電芯片再做一次具體分析。

　　光模塊里用到的芯片可分為光芯片和電芯片，其中激光器、探測(cè)器是屬于光芯片、放大器、驅(qū)動(dòng)芯片和復(fù)用/解復(fù)用器件(MUX/DEMUX)等屬于電芯片。

　　光收發(fā)一體模塊由光發(fā)射器件(TOSA，含激光器)、光接收器件(ROSA，含光探測(cè)器)、主控電路板(PCBA)、外殼和光(電)接口等部分組成。

　　簡而言之，光模塊的工作原理是在發(fā)射端，驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)原始電信號(hào)進(jìn)行處理，然后驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器(LD)或發(fā)光二極管(LED)發(fā)射出調(diào)制光信號(hào)。在接收端，光信號(hào)進(jìn)來之后，由光探測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大器后輸出電信號(hào)。

　　光模塊的主要器件包括：1、時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片(CDR，Clock and Data Recovery)：時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片的作用是在輸入信號(hào)中提取時(shí)鐘信號(hào)，并找出時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)之間的相位關(guān)系，簡單說就是恢復(fù)時(shí)鐘。同時(shí)CDR還可以補(bǔ)償信號(hào)在走線、連接器上的損失。CDR芯片原廠有美滿/INPHI、商升特、瑞薩、MACOM、飛昂創(chuàng)新、芯耘光電、玏芯、中晟微電子、米硅科技、明夷科技、傲科光電、英思嘉、億芯源、羋圖光電、飛思靈等。

　　2、激光二極管驅(qū)動(dòng)芯片(LDD，Laser Diode Driver)：將CDR的輸出信號(hào)，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)光。不同類型的激光器需要選擇不同類型的LDD芯片。在短距的多模光模塊中(例如100G SR4)，一般來說CDR和LDD是集成在同一個(gè)芯片上的。驅(qū)動(dòng)芯片原廠有Lumentum、高意、艾邁斯歐司朗、三菱電機(jī)、iC-Haus、德州儀器、亞德諾/美信、MACOM、優(yōu)迅、源杰科技、飛昂創(chuàng)新、傲科光電、光梓、英思嘉、億芯源、羋圖光電、嘉納海威等。

　　3、光發(fā)射器件(TOSA，含光激光器芯片)：實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換，主要包括激光器、MPD、TEC、隔離器、Mux、耦合透鏡等器件，有TO-CAN、Gold-BOX、COC、COB等封裝形式。對(duì)應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的光模塊，為了節(jié)省成本，TEC、MPD、隔離器都不是必備項(xiàng)。Mux也僅在需要波分復(fù)用的光模塊中。此外，有些光模塊的LDD也封裝在TOSA中。TOSA原廠有博通、美滿/INPHI、MACOM、Albis、三菱電機(jī)、濱松、First Sensor、京都半導(dǎo)體、Excelitas、芯耘光電、優(yōu)迅、光創(chuàng)聯(lián)、英思嘉、洪芯、三優(yōu)、易飛揚(yáng)、天孚通信、聚飛、翔通、杰微、艾銳光電等。

　　激光器芯片，按出光結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步分為面發(fā)射芯片和邊發(fā)射芯片，面發(fā)射芯片包括VCSEL芯片，邊發(fā)射芯片包括FP、DFB和EML芯片。激光器芯片原廠有高意、Lumentum、MACOM、IPG、艾邁斯歐司朗、光迅、索爾思、長光華芯、源杰、度亙激光、仟目激光、仕佳光子、敏芯、中科光芯、光安倫、芯思杰、光隆科技、華芯半導(dǎo)體、華辰芯光等。

　　4、光接收器件(ROSA，含光探測(cè)器)：實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換，主要包括PD/APD、DeMux、耦合組件等，封裝類型一般和TOSA相同。ROSA原廠美滿/INPHI、MACOM、三菱電機(jī)、SIFOTONICS、天孚通信、光創(chuàng)聯(lián)、優(yōu)欣光、易飛揚(yáng)等。

　　PD用于短距、中距的光模塊，PD原廠濱松、瑞薩、SIFOTONICS、MACOM、三安、芯思杰、光森、敏光等;APD主要應(yīng)用于長距光模塊，APD原廠有濱松、First Sensor、Excelitas、瑞薩、三安、芯思杰、光森、敏光、蘇納光電等。

　　5、跨阻放大器(TIA，Transimpedance amplifier)：配合探測(cè)器使用。探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，TIA將電流信號(hào)處理成一定幅值的電壓信號(hào)，我們可以將它簡單的理解為一個(gè)大電阻。TIA原廠有美滿/INPHI、商升特、瑞薩、MACOM、HiLight、飛昂創(chuàng)新、芯耘光電、米硅科技、明夷科技、傲科光電、英思嘉、億芯源、乾鴻微、羋圖光電、科大亨芯、微龕等。

　　6、 限幅放大器(LA，Limiting Amplifier)：TIA輸出幅值會(huì)隨著接收光功率的變化而改變，LA的作用就是將變化的輸出幅值處理成等幅的電信號(hào)，給CDR和判決電路提供穩(wěn)定的電壓信號(hào)。高速模塊中，LA通常和TIA或CDR集成在一起。LA原廠有亞德諾/美信、微芯/麥瑞、明夷科技、芯波微、億芯源等。

　　7、復(fù)用/解復(fù)用器件(MUX/DEMUX)：在波分復(fù)用光模塊(例CWDM4光模塊)中，Mux/DeMux是核心器件之一?；诳臻g光學(xué)的Mux/DeMux性能要更好(插損、PDL、溫度漂移)，但器件較貴、光學(xué)耦合復(fù)雜;基于波導(dǎo)光學(xué)的Mux/DeMux，具有集成度高、成本低、封裝工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，但性能和空間光學(xué)的TFF型Mux/DeMux還是有一定差距的。這幾種類型的Mux/DeMux在實(shí)際的產(chǎn)品中都有應(yīng)用。MUX/DEMUX芯片原廠有賽麗科技、弘光向尚、驛路通、奇芯光電、芯速聯(lián)、仕佳光子等。

　　8、數(shù)據(jù)處理芯片(DSP)：負(fù)責(zé)底層軟件的運(yùn)行、光模塊相關(guān)的DDM功能監(jiān)控及一些特定的功能。DDM監(jiān)控主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、Vcc電壓、Bias電流、Rx power、Tx power 5個(gè)模擬量的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過這些參數(shù)判斷光模塊的工作狀況，便于光通信鏈路的維護(hù)。DSP芯片原廠有博通、美滿/INPHI、MAXLINEAR、Lumentum、Credo、NTT、MultiPhy、思科/Acacia、海信寬帶、橙科、芯速聯(lián)、飛昂創(chuàng)新、飛思靈等。

　　9、外殼和光(電)接口。外殼和光(電)接口原廠有住友電工、肖特、京瓷、凡谷、意華、中航天成、伊豐電子、圣達(dá)、宏鋼、中瓷、三環(huán)、東田、裕華達(dá)、光盛通、瑞源精密、星河精密等。

　　中國擁有全球最大的光通信市場(chǎng)，約占全球25%-30%左右的市場(chǎng)份額。但我國光通信器件廠商多以民營中小企業(yè)為主，主要集中在中低端產(chǎn)品的研發(fā)制造，高端芯片還嚴(yán)重依賴進(jìn)口。值得注意的是，近年來國內(nèi)光模塊廠商愈發(fā)意識(shí)到核心技術(shù)自主可控的重要性，不斷向上游光電芯片領(lǐng)域進(jìn)軍，力求掌握核心技術(shù)，在高端光模塊領(lǐng)域與國外廠商展開競爭。

　　拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺(tái)，過去數(shù)年已積累了光電芯片/光模塊的優(yōu)勢(shì)貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

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