公开了一种使由光电子模块所使用的功率的量最小化的系统和方法。该系统使用热电冷却器（ＴＥＣ）以将该模块的壳温度保持在约５０℃。这允许该ＴＥＣ以效率高得多的加热模式工作，由此使用来保持该模块温度的电流的量最小化。该方法包括确定用于光电子模块的温度范围和工作温度的步骤，使得不超过最大电流水平。在一个示范性实施例中，具有从约－５℃至约７５℃的温度范围的约５０℃的工作温度允许的最大电流为约３００ｍＡ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光电子模块的领域，且更具体地，涉及最小化由使用热电冷却器(TEC)控制温度的光电子模块所消耗的功率的量。
技术介绍
光纤技术越来越多地用于传输语音和数据信号。作为传输媒介，光纤提供了超越传统电通信技术的一些优点。例如，光信号允许极高的传输速率和很高的带宽能力。而且，光信号对电磁干扰有抵抗力，而电磁干扰会干扰电信号并可使电信号降级。光信号还可在较大距离上传输，而没有典型地与铜线上的电信号相关联的信号损失。尽管光通信提供了一些优点，但将光用作传输媒介还是提出了一些实施挑战。特别而言，当由诸如网络交换机的设备接收时，由光信号承载的数据必须转换成电的格式。相反地，当数据传输至光网络时，其必须从电信号转换成光信号。光信号的传输典型地通过在光纤线缆的两端使用光子器件如收发器模块来实现。每个收发器模块典型地包含能够将电信号转换成光信号的激光发射器电路，和能够将所接收的光信号转换回电信号的光接收器。这些收发器模块经由兼容的连接端口来与诸如主计算机、交换集线器、网络路由器、交换机盒、计算机输入/输出(I/O)等的主机设备对接。在一些应用中，理想的是将收发器模块的物理尺寸小型化，以增加与主机设备对接的收发器模块的数目。通过增加连接端口的数目，主机设备在给定的物理空间内容纳较高数目的网络连接。在一些情况中，可能理想的是，收发器模块是可热插拔的，即，允许从主机设备插入和拔出收发器模块而无需关断电源。为了实现这些多种目的，且确保不同制造商之间的兼容性，采用的国际和工业标准限定光收发器模块的物理尺寸和形状。例如，一群光部件制造商开发了用于称为小形状因子可插拔(SFP)收发器的光收发器模块的一组标准。除了电接口的细节以外，该标准还限定了用于SFP收发器模块的物理尺寸和形状，以及关联于主机设备的对应的连接端口或模块罩(cage)。这些标准确保了不同制造商的产品之间的互操作性。最近，10Gb/s小形状因子可插拔(XFP)标准与所有与尺寸、汲取电流(current draw)等有关的对应的细节一起被采用。随着满足SFP或XFP标准的收发器封装的减小、以及数据速率的增大，由收发器生成的热已成为一个问题。散热机构或冷却机构减轻由这些收发器内的激光器和激光二极管产生的过多的热。例如，10G比特收发器通常需要散热机构在15-30摄氏度(℃)的标准温度范围中工作，而用于较低速度光传输的收发器可以不需要散热。然而散热机构的使用增大了组装收发器的复杂性和成本，减少了本来可用于收发器的光和电功能部件的空间，并增大了使收发器工作所需的功率的量。一种类型的散热或冷却机构是热电冷却器(TEC)。TEC将收发器或收发器的特定部件的温度保持在预定点。如果该部件变得过热，电流在TEC中以一个方向流动以产生冷却。如果该部件变得过冷，电流以另一方向流动且TEC起到加热器的作用。不幸地是，TEC在冷却模式期间比在加热模式期间需要大得多的功率。随着模块温度的增大，TEC消耗的用于冷却的功率呈指数增大。图1示出曲线图10，该图是如标号12所示的由TEC汲取的电流相对于TEC的热和冷侧之间的温度差(TEC的ΔT)之间的关系的示意性表示。用于TEC的零功率温度表示为“0”，即在该点TEC的冷和热侧之间的温度没有差异，如标号14所示。从曲线图10上的曲线16可看出，当TEC的ΔT变成负的时，由TEC汲取的用于加热的电流的量只稍微地上升。这是因为TEC开始以加热模式工作，并且汲取少量的电流。然而，当ΔT变成正的时，由TEC汲取的用于冷却的电流的量很迅速地上升。这是真实的，因为TEC作为加热器的效率比作为冷却器高得多。在收发器应用中，通常TEC(热侧)的基座热附着至收发器的壳，且激光器附着至TEC(冷侧)的顶部。对于这种通常的设置，当收发器壳温度低于期望的激光器设置温度时，TEC处于加热模式，而相反，当收发器壳温度高于激光器设置温度时，TEC处于冷却模式。为了尽可能使TEC高效地工作，理想的是在宽的收发器壳温度范围上使TEC以加热模式工作。设计成使激光器在从约15℃至约30℃的温度范围内工作的当前的收发器模块存在一个问题。由于典型收发器模块的工作环境，即许多模块彼此靠近地安置，收发器的工作壳温度远远超过期望的激光器温度范围，这需要控制激光器温度的TEC以效率较低的冷却模式运转。这出现了一个问题，因为包括TEC在内的收发器模块可利用的功率的总量是有限的，且花费大量功率以保持收发器的激光器冷却至不大于30℃是不期望的。一个相关的问题是在给定的温度范围中收发器模块可用的带宽。在本领域中公知，可通过调节温度来对信道间隔调谐。例如，对于约100GHz的信道间隔，在信道之间移动需要约10℃的温度偏移。对于设计成在几个DWDM信道工作的收发器，有必要增大TEC的温度控制范围，以提供必要的热调谐。为了在单个100GHz信道工作，典型地需要大约10℃的温度控制范围。然而，为了在两个100GHz信道上工作，需要大约20℃的温度控制范围。对于多信道应用，优化激光器温度范围以将TEC功率消耗最小化变得甚至更关键。
技术实现思路
依照以上所述，理想的是，使热电冷却器(TEC)在宽的模块温度范围上以效率较高的冷却模式工作，以使模块(TEC)的功率消耗最小化。如果模块可在扩展的温度范围上工作以允许在多个信道对模块调谐，也是有益的。这允许较大量的数据传输并且仍然保持低的总功率消耗。本专利技术描述了一种光电子器件，其在允许TEC在大部分时间以加热模式工作的温度范围中工作。结果，用于光电子器件的汲取电流在扩展的温度范围上保持在限定的最大值之下。在一个示范性的实施例中，在保持模块电流在300mA或低于300mA的同时，模块可在从约-10℃至约75℃的温度范围中工作。这在一种配置中通过将激光器工作温度设置到大约50℃来实现。通过使激光器在提高的温度工作，用以保持激光器温度的TEC在大部分时间可保持在效率相对较高的加热模式。在另一配置中，激光器的工作温度可被提高，使得TEC只以加热模式工作。在任一情形中，结果都是汲取的电流小于现有模块的高效的光电子模块，同时保持激光器的效率。本专利技术的这些和其他的目的和特征将通过下面的描述和所附权利要求而变得更全面地显现，或可以由下面所阐明的本专利技术的实践而习知。附图说明为了进一步阐明本专利技术的上述和其他的优点和特征，将参考在附图中图示的本专利技术的特定实施例来提供本专利技术的更为具体的描述。应理解，这些附图仅描绘了本专利技术的典型实施例，因此不应认为是对本专利技术范围的限制。将通过使用附图，利用附加的特性和细节描述和解释本专利技术，在附图中图1示出了TEC电流相对于TEC的热和冷侧之间的温度差异(ΔTTEC)的曲线图；图2是光电子收发器的一个实施例的框图；图3是示出了用于控制图2中的光电子收发器的激光发射器温度的电路的框图；图4是示出了用于标准的和优化的激光器温度的模块的汲取电流相对于模块的壳温度的曲线图；图5是示出了允许波长调谐的两个温度处的模块的汲取电流相对于模块的壳温度的曲线图；以及图6示出了用于使光电子模块中的功率消耗最小化的一种示范性方法。具体实施例方式本专利技术的示范性实施例指向减轻在较高温度时为冷却光电子器件或模块的部件而汲取过多的TEC电流的问题。这些实施例允许用于器件或模块的壳温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光电子器件，包括：壳；激光器组件，设置在所述壳内；以及温度控制器件，与所述激光器组件通信，所述温度控制器件以冷却模式或加热模式工作，当所述温度控制器件优化为在约５０℃工作时，所述器件以所述加热模式工作比以所述冷却 模式工作更频繁。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯斯特沃特，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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