光通信芯片
浏览次数：5562次  最近更新：2019-12-23 14:42:51

光芯片和电芯片是光器件的核心部件。

在光器件中，光芯片用于光电信号的转换。根据种类不同，可分为有源光芯片和无源光芯片。

有源光芯片又分为激光器芯片（发射端）和探测器芯片（接收端）等。在发射端（激光器芯片），光发射模块将电信号转换成光信号；在接收端(探测器芯片)，将光信号还原为电信号，导入电子设备。光芯片的性能与传输速率直接决定了光纤通信系统的传输效率。

激光器芯片价值占比大，技术壁垒高，是光芯片中的“明珠”。按发光类型，分为面发射与边发射。其中，面发射型激光主要为VCSEL（垂直腔面发射激光器）；边发射型激光种类较多，包括 FP（Fabry–Pérot，法布里-珀罗激光器）、DFB（Distributed Feedback Laser, 分布反馈式激光器）以及EML（Electroabsorption Modulated Laser，电吸收调制激光器）等,传统的 FP 激光器芯片因损耗较大，传输距离短，在光通信领域的应用逐渐收窄，核心激光芯片主要有三种：DFB、EML和VCSEL。

（1）DFB是最常用的直接调制激光器，是在FP的基础上通过内置布拉格光栅，使激光呈高度单色性，降低损耗，提升传输距离。目前，DFB激光主要应用于中长距离传输，主要应用场景包括：FTTx 接入网、传输网、无线基站、数据中心内部互联等。

（2）EML激光通过在DFB的基础上增加电吸收片（EAM）作为外调制器，啁啾与色散性能均优于 DFB，更适用于长距离传输。EML的主要应用场景主要有：高速率、远距离的电信骨干网、城域网和数据中心互联（DCI网络）。

（3）VCSEL具有单纵模、圆形输出光斑、价格低廉和易于集成等特点，但发光传输距离较短，适用于500m内的短距离传输。主要应用场景有：数据中心内部、消费电子领域（3D ）。

探测器芯片主要有 PIN(PN 二极管探测器)和 APD(雪崩二极管探测 器)两种类型，前者灵敏度相对较低，应用于中短距，后者灵敏度高，应用于中长距。

电芯片一方面实现对光芯片工作的配套支撑，如 LD(激光驱动器)、TIA(跨阻放大 器)、CDR(时钟和数据恢复电路)，一方面实现电信号的功率调节，如MA(主放)，另一方面实现一些复杂的数字信号处理，如调制、相干信号控制、串并/并串转换等。还有一些光模块拥有 DDM(数字诊断功能)，相应的带有 MCU 和 EEPROM。电芯片通常配套使用，主流芯片厂商一般都会推出针对某种型号光模块的套片产品。

不管是光芯片还是电芯片，根据基板（衬底）材料的不同，可分为磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）、硅基（Si）等以下几个种类：

光芯片和电芯片的配套使用：发射端，电信号通过 CDR、LD 等信号处理芯片完成信号内调制或外调制，驱动激光器芯片完成电光转换;接收端，光信号通过探测器芯片转化为电脉冲，然后通过 TIA、 MA 等功率处理芯片调幅，最终输出终端可以处理的连续电信号。光芯片和电芯片配合工作实现了对传输速率、消光比、发射光功率等主要性能指标的实现，是决定光模块性 能表现的最重要器件。

光器件芯片具有极高的技术壁垒和复杂的工艺流程，因而是光模块 BOM成本结构 中占比最大的部分。光芯片的成本占比通常在40%-60%，电芯片的成本占比通常在10%-30%之间，越高速、高端的光模块电芯片成本占比越高。