2. 线性接收光模块的系统架构与信号链

线性接收光模块（LRO，Linear Receive Optics）的核心任务，是把光纤中微弱且带有幅度调制信息的光信号，尽可能线性地还原为可供主机 SerDes 或 DSP 采样的电信号。理解这条链路，关键不是记住“PD→TIA→LA→ADC/DSP”这几个缩写，而是看清每一级在系统中承担什么角色、接口在哪里、哪些参数决定了整链的线性度与动态范围。

一、从光到电的完整信号链

光信号首先进入光电探测器（PD）。PD 完成的是平方律探测：输出光电流 I_pd = R · P_opt，其中 R 为响应度（典型 0.8～1.0 A/W @1310nm），P_opt 为入射光功率。这意味着光功率的线性变化会直接映射为电流的线性变化，但一旦进入饱和或暗电流显著，线性关系就被破坏。PD 通常反偏工作以降低结电容、提高带宽，其输出是单端电流信号，需要紧邻的 TIA 处理。

TIA（跨阻放大器）把电流转换为电压，跨阻增益 R_f 决定转换比例，典型值在几百欧到几千欧。TIA 是整链噪声与带宽的关键：R_f 越大，输出摆幅越大、对后级噪声容忍度越高，但带宽会下降，且大输入光功率下更容易饱和。因此 TIA 设计要在灵敏度、带宽和过载之间折中。TIA 输出仍是单端小信号，通常只有几十到几百毫伏。

接下来是 LA（限幅放大器）或模拟均衡级。传统 NRZ 模块中，LA 把信号放大并限幅成固定摆幅的 CML 电平，供 CDR 判决；而在 LRO 中，这一级往往不是简单限幅，而是保留幅度信息的线性放大/均衡，因为主机侧需要的是“线性”波形，而不是被削平的逻辑电平。若采用模拟均衡，则通过 CTLE 或可调均衡网络补偿信道高频损耗，使输出幅度仍与输入光调制幅度成比例。

最后一级是 ADC/DSP 或直接模拟输出。在带 DSP 的 LRO 中，ADC 对模拟波形采样，DSP 完成均衡、时钟恢复、判决与误码统计；在纯模拟 LRO 中，线性电压直接送到主机 SerDes 的模拟前端。无论哪种形式，接口定义都必须明确：差分还是单端、共模电平、摆幅范围、阻抗匹配（通常 100Ω 差分或 50Ω 单端）、以及是否带交流耦合电容。

二、LRO 与 LPO、传统模块的架构差异

传统可插拔光模块（如 400G FR4）内部包含完整的 DSP、CDR 和驱动，模块对主机呈现的是“已经恢复好的数字信号”，主机 SerDes 只需按标准接口收发。LPO（Linear Pluggable Optics）则把 DSP 从模块中移除，由主机 SerDes 直接驱动光器件，模块内只剩驱动和 TIA/LA，链路预算和均衡责任转移到主机侧。LRO 介于两者之间：它保留接收侧的线性通道，但把部分或全部 DSP 功能上移到主机，模块内以线性放大和模拟均衡为主。

三者的关键差异可以归纳为三点。第一，DSP 位置：传统模块在模块内，LPO 在主机内，LRO 通常也在主机内但接收侧保留线性前端。第二，接口信号性质：传统模块输出数字判决结果，LPO/LRO 输出的是仍带幅度信息的模拟或半模拟信号，对主机 ADC 和均衡能力要求更高。第三，系统分区：传统模块是“黑盒”，LRO 则要求模块与主机协同定义增益、均衡和接口电平，模块不再是完全自治的单元。

三、系统分区与接口定义

做 LRO 系统设计时，第一步是划清分区。通常分为三个区：光接收前端区（PD+TIA）、线性放大与均衡区（LA/CTLE）、以及主机接口区（ADC/DSP 或模拟直出）。分区边界就是接口定义点，必须明确以下内容：

• 阻抗与端接：TIA 输出到 LA 之间通常为单端高阻或 50Ω 环境；LA 到主机接口若为差分，则按 100Ω 差分端接，并说明是否需要片内端接。
• 共模与摆幅：例如 LA 输出共模 0.8V、差分摆幅 300～800mVpp，需与主机 SerDes 输入范围对齐；若主机要求 1.2V 共模，则需电平转换或交流耦合。
• 耦合方式：交流耦合可隔离直流偏置，但会引入基线漂移，需配合基线恢复或编码平衡；直流耦合则要求两侧共模严格匹配。
• 控制接口：LRO 常需通过 I²C/MDIO 配置均衡量、增益档位和监控 ADC，接口寄存器映射应在系统分区阶段确定。

接口定义完成后，还要做一次链路预算核对：从最小可接收光功率到 ADC 满量程，逐级计算增益和噪声，确认不会在 TIA 饱和或 LA 限幅。若发现某级过早饱和，可降低前级增益、增加均衡或调整耦合方式。LRO 的系统架构本质上就是在这条“光→电→数字”的链路上，把每一级的线性边界和接口责任写清楚，让模块与主机各自知道该做什么、不该做什么。