數(shù)據(jù)通信用光電集成智能化CSFP光模塊
,其結(jié)構(gòu)如圖3所示,其中LOS為告警信號(hào),IC為集成芯片,MCU 為微控制器,EEPROM 為電可擦除只讀存儲(chǔ)器,BOSA為光收發(fā)組件。
CSFP完成了兩個(gè)傳統(tǒng)的單纖雙向SFP模塊的功能集成,其結(jié)構(gòu)中包含兩路獨(dú)立的光發(fā)射接收通道,每路通道由一個(gè)PLCBOSA器件負(fù)責(zé)完成光信號(hào)的接收和電信號(hào)的發(fā)射,是CSFP模塊的核心部件。
發(fā)射部分由BOSA中的發(fā)射器和三合一芯片中驅(qū)動(dòng)電路組成,而發(fā)射器主要由激光二極管(LD)及監(jiān)控發(fā)射光功率的背光二極管(PD)組成。驅(qū)動(dòng)電路的作用在于提供激光器所需的偏置電流和調(diào)制電流,前者用于開(kāi)啟激光器工作狀態(tài),后者主要用來(lái)將電接口接收到的調(diào)制信號(hào)加載到輸出光信號(hào)上。目前的驅(qū)動(dòng)電路一般都具備自動(dòng)功率控制(APC)功能,可以保證激光器全程發(fā)光功率恒定,其原理是根據(jù)監(jiān)控二極管的背光電流大小來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏置電流。
接收部分主要包括BOSA中的接收器及三合一芯片中的限幅放大器,其中接收器又由探測(cè)器和前置放大器組成。探測(cè)器將接收到的光信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換變成帶有數(shù)據(jù)信息的微弱電信號(hào),但此時(shí)電信號(hào)的擺動(dòng)幅度很大且含有較多噪聲,需要輸入到前置放大器中放大。前置放大器又稱(chēng)跨阻放大器,具備自動(dòng)增益控制(AGC)功能,可以大大減小輸出電信號(hào)的擺動(dòng)幅度。最后主放大器完成二級(jí)放大功能,將電信號(hào)放大到所需的電平范圍后輸出。
微控制器主要對(duì)激光器驅(qū)動(dòng)電路、主放大器及EEPROM進(jìn)行控制。EEPROM的基本單元主要用于存儲(chǔ)產(chǎn)品型號(hào)、串號(hào)、生產(chǎn)日期等相關(guān)產(chǎn)品固定信息,而CSFP模塊數(shù)字診斷監(jiān)控(DDM)功能的實(shí)現(xiàn)還需要增加用于轉(zhuǎn)換采集信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路。這些電路用于模塊輸出光功率、輸入光功率、工作電壓、溫度和偏置電流等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和上報(bào)。采集電路將這些參數(shù)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)電壓值送至轉(zhuǎn)換電路,輸出的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在EEPROM 的相應(yīng)單元。
CSFP模塊與上位機(jī)系統(tǒng)之間的接口采用I2C總線方式,即時(shí)鐘線(SCL)和數(shù)據(jù)線(SDA)的方式,通過(guò)金手指實(shí)現(xiàn)電接口,完成上位機(jī)對(duì)光模塊的信息讀寫(xiě)。MCU 與存儲(chǔ)元件EEPROM 之間的數(shù)據(jù)傳遞是通過(guò)SPI總線,即時(shí)鐘線、數(shù)據(jù)輸入線和數(shù)據(jù)輸出線的方式。MCU通過(guò)I2C總線對(duì)兩路通道進(jìn)行監(jiān)控,一旦檢測(cè)到某個(gè)通道主要參數(shù)的異常變化,MCU 分別報(bào)TX1-Fault或TX2-Fault,表示通道1或通道2出錯(cuò)。MCU的TX1-Fault和TX2-Fault輸出引腳同時(shí)連接到一個(gè)或門(mén)的輸入端,只有當(dāng)兩路通道都正常工作時(shí),模塊金手指的TX-Fault引腳才不會(huì)向上位機(jī)報(bào)警。否則,任一路傳輸通道出現(xiàn)異常,模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
4測(cè)試與分析
根據(jù)上述工作原理研制出了如圖5所示的兩種CSFP光模塊,工作速率同為1.25Gb/s,工作波長(zhǎng)為發(fā)射1310nm和接收1490nm或發(fā)射1490nm和接收1310nm,兩種模塊彼此配對(duì)工作,滿(mǎn)足CSFP MSA協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),與傳統(tǒng)SFP模塊封裝完全一致,外接雙LC接口單模光纖,主要應(yīng)用于1000BASE-BX以太網(wǎng)。
4.1測(cè)試方案
CSFP模塊的測(cè)試平臺(tái)。將待測(cè)的CSFP模塊插入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CSFP測(cè)試主板,主板與電源連接并有可選擇的2線接口。測(cè)試時(shí)先選擇測(cè)試第一路或者第二路,選定后把誤碼儀上的數(shù)據(jù)線與測(cè)試板的接口相連。一臺(tái)串聯(lián)的誤碼儀(BERT)用來(lái)產(chǎn)生和接收1.25Gb/s下的PRBS-23數(shù)據(jù)流,通過(guò)測(cè)試板加載到CSFP模塊上,經(jīng)過(guò)模塊后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光信號(hào),光信號(hào)由高速示波器觀察,然后返回到接收端或連接到一個(gè)光衰減器上,光衰減器的輸出連接到CSFP模塊的接收端上。電源為模塊提供3.3V工作電壓,電腦通過(guò)串口、并口或USB接口對(duì)模塊進(jìn)行監(jiān)控和讀寫(xiě)操作。為方便起見(jiàn),本次主要測(cè)試發(fā)送波長(zhǎng)1490nm的1.25Gb/s CSFP模塊。
4.2測(cè)試數(shù)據(jù)與分析
因?yàn)镃SFP光模塊具備雙通道傳輸能力,所以在數(shù)據(jù)測(cè)試上也相應(yīng)的體現(xiàn)出來(lái)。首先測(cè)試時(shí)只分別連接單獨(dú)一路通路,另一路通路不工作,保持無(wú)調(diào)制狀態(tài),這樣做主要考察單路通路工作的最佳狀態(tài)。
由于兩路通路集成在一塊主板上,并且可以同時(shí)雙工工作,因此測(cè)試一路時(shí)必須考慮到另一路的通信是否會(huì)對(duì)本路的正常工作造成影響,這是模擬CSFP光模塊正常應(yīng)用的重要考核。
在實(shí)際測(cè)試中,除了獲取參數(shù)的具體數(shù)值,還可以通過(guò)示波器觀察眼圖對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)。根據(jù)眼圖的眼形、線條的粗細(xì)等可以比較直觀的反應(yīng)碼間串?dāng)_或噪聲影響的程度,為進(jìn)一步改善傳輸性能提供了參考依據(jù)。
5結(jié)語(yǔ)
采用本方案設(shè)計(jì)及研制的CSFP光模塊樣品完全符合CSFP MSA標(biāo)準(zhǔn),性能達(dá)到同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平,

責(zé)任編輯:何健
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