【正文】 引腳VeeT(共三根)和VeeR(共四根)最長(zhǎng)(至少3mm)，接電源的引腳VccT和VccR次之()，剩下的十一根信號(hào)線最短()，另外，為保證各引腳間良好絕緣，考慮到電路板的尺寸限制。除了特定的上電順序之外，還對(duì)Host Board和光模塊電路作了相應(yīng)的處理，進(jìn)一步抑制浪涌電流。此外，光模塊電路也做了進(jìn)一步處理，在模塊電源入口和LD Driver以及Limiting Amplifier芯片供電電源腳附近加了濾波電路，進(jìn)行濾波處理。光模塊插入時(shí)，最先連接的是地和電源，電源接通后很短時(shí)間內(nèi)就可使光模塊上信號(hào)腳預(yù)充電到一定電壓，便可有效減小光模塊插拔瞬間對(duì)Host board的沖擊。首先簡(jiǎn)要介紹了光收發(fā)模塊的基本原理及框圖，然后分光發(fā)射部分、接收部分對(duì)構(gòu)成光模塊的各主要部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹。第3章 、光模塊數(shù)字診斷與監(jiān)控基礎(chǔ)通過外部鏈路管理接口獲取器件參數(shù)信息和故障信息。參數(shù)監(jiān)測(cè)最早出現(xiàn)在1998年推出的SFF(Small Form Factor，小型封裝)模塊中，分別用5個(gè)管腳來探測(cè)激光器的偏置電流，激光器發(fā)射光功率和接收到的光功率。通過光模塊的數(shù)字診斷功能，網(wǎng)絡(luò)管理單元可以通過雙線串行總線訪問收發(fā)模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收發(fā)模塊的溫度，供電電壓，激光偏置電流以及發(fā)射和接收的光功率。下面介紹I2C總線技術(shù)?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。I2C總線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multi mastering)，其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，最高傳送速率100Kbps。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的IC在接收到8bit數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。器件發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，則定義為發(fā)送器，器件從總線上接收數(shù)據(jù)則定義為接收器。 起始和停止條件在起始條件之后，必須是器件的控制字節(jié)，其中高四位為器件類型識(shí)別符(不同的芯片類型有不同的定義，EEPROM一般應(yīng)為1010)，接著三位為片選，最后一位為讀寫位，當(dāng)為1時(shí)為讀操作，為0時(shí)為寫操作。為了結(jié)束讀操作，主機(jī)必須在第9個(gè)周期間發(fā)出停止條件或者在第9個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。SFF8472保留了原來SFP/GBIC在地址A0h處的地址映射，新增了一個(gè)256字節(jié)的存儲(chǔ)單元作為A2h地址。除了提供參數(shù)監(jiān)測(cè)信息外，還定義了警告標(biāo)志或告警條件，各個(gè)管腳的狀態(tài)鏡像，有限的數(shù)字控制能力和用戶可寫的存儲(chǔ)單元。通過提前的故障定位，系統(tǒng)管理員可以將業(yè)務(wù)切換到備份鏈路上或者替換可疑器件，從而在不間斷業(yè)務(wù)的情況下修復(fù)系統(tǒng)。SFF8472對(duì)TX_POWER和I_BIAS和VCC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的的另一個(gè)好處就是部件評(píng)估。對(duì)多數(shù)器件，只需將每個(gè)SFP實(shí)時(shí)結(jié)果乘一個(gè)SFF8472定義的常數(shù)即可。在高密度的應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)每個(gè)模塊的溫度可以進(jìn)行系統(tǒng)熱性能評(píng)估。同樣，模塊的工作電壓可以通過內(nèi)部PCB板上安裝的傳感電路來進(jìn)行測(cè)量，這些測(cè)量值也可以用來觀察工作電壓的漂移，從而判斷是否因?yàn)橄到y(tǒng)供電環(huán)境失效而造成的電壓波動(dòng)．偏置電流因素對(duì)光收發(fā)模塊進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)時(shí)，最有效的參數(shù)之一就是激光器偏置電流，通常，SFP模塊內(nèi)部通過一個(gè)閉環(huán)反饋電路來改變激光器的偏置電流從而穩(wěn)定激光器的輸出光功率，使其工作在輸出光功率恒定的模式。對(duì)特定的器件，各個(gè)廠家都會(huì)提供偏置電流的最大和最小值。SFP收發(fā)模塊一般在激光器旁邊安裝一個(gè)背光二極管，用來監(jiān)測(cè)激光器的輸出光功率。1Gbps和2Gbps光纖通道協(xié)議FCPI使用光調(diào)制幅度作為輸入光接口規(guī)范。很多系統(tǒng)對(duì)從收發(fā)模塊收到的告警指示和物理層電路的告警指示進(jìn)行邏輯與。告警信息表明有鏈路故障或者重大功能問題，而警告信息則表明可能會(huì)違反規(guī)范或者可能會(huì)出現(xiàn)不理想工作條件。根據(jù)地址92相應(yīng)位的設(shè)定來選擇不同的監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)類型。內(nèi)部測(cè)量收發(fā)器溫度。用一個(gè)無(wú)符號(hào)的16位整數(shù)值來表示 (O65535)，1LSB等于100uV，生產(chǎn)廠家會(huì)規(guī)定工作電壓測(cè)量范圍，測(cè)量的精確性由廠家規(guī)定，在給定的電壓和溫度范圍之內(nèi)，誤差不超過廠家標(biāo)稱值的177。測(cè)量的TX偏置電流以u(píng)A為單位。測(cè)量的TX輸出功率是mW為單位。3dBm。精確性的絕對(duì)值依賴于精確的光纖波長(zhǎng)。在超過這個(gè)最小接收輸入光功率范圍內(nèi)的精確度的絕對(duì)值由廠家規(guī)定。外部校準(zhǔn)可分為兩類：線性和非線性。 (3—1)其中，是被測(cè)量的參數(shù)，可以是激光器的偏置電流或發(fā)射光功率，f1是轉(zhuǎn)換過程的傳遞函數(shù)，通過它用電壓來表示測(cè)量參數(shù)，是輸入A/D的電壓。內(nèi)部測(cè)量的收發(fā)器溫度。3℃內(nèi)部測(cè)量供電電壓。3%。激光器的偏置電流I_BIAS，由下列方程式給出，單位是uA： (36)其中為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，其值存儲(chǔ)在A2H地址64H中，占用兩個(gè)字節(jié)，可通過I2C總線讀??；I_BIAS(uA)為所對(duì)應(yīng)的實(shí)際電流值，可通過電流表測(cè)得；和為未知數(shù)，可通過讀兩組I_BIAS(uA)和值列兩個(gè)方程進(jìn)行求解。模塊發(fā)射部分耦合輸出功率，TX_PWR，由下列方程式給出，單位是uW： (37)其中為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，其值存儲(chǔ)在A2H地址66H中，占用兩個(gè)字節(jié)，可通過I2C總線讀取；為所對(duì)應(yīng)的實(shí)際發(fā)射光功率值，可通過功率計(jì)測(cè)得；為未知數(shù)，可通過讀兩組和值列兩個(gè)方程進(jìn)行求解。測(cè)量的接收光功率，RX ，由方程式(38)給出，單位是uW： (38)其中為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，其值存儲(chǔ)在A2H地址68H中，占用兩個(gè)字節(jié)，可通過I2C總線讀??；RX_PWR(uW)為所對(duì)應(yīng)的實(shí)際接收光功率值，可通過功率計(jì)測(cè)得；Rx_PWR(4)、Rx_PWR(3)、Rx_PWR(2)、Rx_PWR(1)、Rx_PWR(0)為未知數(shù)，可通過讀五組Rx_PWR(uW)和值列五個(gè)方程進(jìn)行求解。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義，在輸入功率無(wú)論是達(dá)到或接近最大發(fā)射功率或最大接收光功率，以及輸入功率在最小發(fā)射功率減去光纖損耗(插入損耗或無(wú)源損耗)時(shí)，誤差都應(yīng)該保持在誤差范圍之內(nèi)。告警信息表明有鏈路故障或者重大功能問題。每個(gè)A/D量有一個(gè)相應(yīng)的高報(bào)警，低報(bào)警，高警告和低警告門限。如果需要在校準(zhǔn)前完成比較，必須首先對(duì)數(shù)據(jù)和門限值進(jìn)行校準(zhǔn)。警告標(biāo)志與收發(fā)器的溫度，供應(yīng)電壓，TX偏置電流，TX輸出功率和接收的光功率相關(guān)，警告標(biāo)志表明了在規(guī)定的正常工作范圍之外的情況，但是不會(huì)立即引起鏈路的故障。然后介紹了SFF8472協(xié)議，包括8472協(xié)議的基本內(nèi)容、參數(shù)監(jiān)控。 本章小結(jié)本章介紹了實(shí)現(xiàn)光模塊數(shù)字診斷的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。門限值補(bǔ)償或調(diào)整是由廠家給定的。假設(shè)這些值在不同的技術(shù)和不同實(shí)現(xiàn)方案中會(huì)變化。使用這些指示器之后，很多系統(tǒng)控制器就可以獲得實(shí)時(shí)監(jiān)視功能，而不需要不斷的輪詢并分析參數(shù)信息。 報(bào)警和警告門限SFF8472分別對(duì)5個(gè)參數(shù)定義了警告和告警門限。對(duì)于廠家給定的波長(zhǎng)，在給定的溫度和電壓范圍內(nèi)，誤差不超過177。3dB。精確性是廠商規(guī)定的，在規(guī)定的工作電壓和溫度范圍內(nèi)，誤差不能超過廠家標(biāo)稱值的177。在這種情況下，只有一個(gè)電壓被監(jiān)控。這個(gè)結(jié)果以100uV為單位。這個(gè)結(jié)果以1/256℃為單位，溫度的整個(gè)測(cè)量范圍在128℃到+128℃。 (3—2)其中，是A/D轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字值，Gain是增益因子，Offset是補(bǔ)償因子。無(wú)論采用哪種方法得到A/D轉(zhuǎn)換后的值，都包含了2個(gè)傳遞函數(shù)：第一個(gè)是被測(cè)量的參數(shù)和施加在A/D上的電壓之間的函數(shù)關(guān)系。 內(nèi)部校準(zhǔn)框圖外部校準(zhǔn)采用“外部校準(zhǔn)”時(shí)，監(jiān)測(cè)值是未經(jīng)過處理的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，必須通過EEPROM中雙線串行總線地址A2中位5695存儲(chǔ)地址內(nèi)的校準(zhǔn)常數(shù)，將此監(jiān)測(cè)值轉(zhuǎn)換到實(shí)際的數(shù)值。3dBm。測(cè)量的RX接收光功率是mW為單位，根據(jù)字節(jié)92(地址AO)位3的設(shè)置情況，該值可表示是平均接收的功率或光調(diào)制幅度(OMA)。假設(shè)數(shù)據(jù)是基于對(duì)激光器監(jiān)控二極管電流的測(cè)量，生產(chǎn)廠家依據(jù)最具代表性的光纖輸出類型校準(zhǔn)到絕對(duì)單元。精確性是廠商規(guī)定的，在規(guī)定的工作電壓和溫度范圍內(nèi)，誤差不能超過廠家標(biāo)稱值的177。注意在一些收發(fā)器中，發(fā)射部分工作電壓和接收部分的工作電壓是分開的。3℃之內(nèi)。SFF8472標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)電壓、偏置電流、發(fā)射功率，接收功率規(guī)定了相應(yīng)的范圍和分辨率。一旦出現(xiàn)警報(bào)或者告警信息，主機(jī)就可以獲取實(shí)時(shí)參數(shù)信息、作為故障屏蔽的依據(jù)。在對(duì)時(shí)延不敏感的應(yīng)用中對(duì)TX_DISABLE和RATE SELECT進(jìn)行軟控制是很有用的。狀態(tài)指示器和控制比特作為對(duì)傳統(tǒng)SFP管腳功能的補(bǔ)充，SFF8472可以通過兩線串行接口來對(duì)其管腳功能進(jìn)行軟監(jiān)控。背光二極管的輸出電流也用來對(duì)平均發(fā)射光功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控．典型的SFP模塊都工作在恒定功率模式，其發(fā)射光功率很少會(huì)發(fā)生波動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)射光功率有很大變化，表明SFP模塊可能無(wú)法正常工作。在相同的溫度條件下，閾值電流的升高就意味著激光器的劣化。激光器的光電轉(zhuǎn)換效率和閾值電流都會(huì)隨溫度的變化而變化，需要改變激光器的偏置電流從而穩(wěn)定激光器的輸出光功率．如果激光器偏置電流的變化不是因?yàn)闇囟然蚬ぷ麟妷鹤兓鸬?，那就表明激光器存在潛在的穩(wěn)定性問題．當(dāng)然，要區(qū)分是正常的偏置電流變化還是激光器穩(wěn)定性問題造成的電流變化還需要一些深入分析。現(xiàn)在，可以通過安裝在光模塊內(nèi)部PCB板上的傳感電路方便地得到SFP的實(shí)時(shí)溫度，測(cè)量結(jié)果可以用來觀察系統(tǒng)工作溫度是否發(fā)生漂移，從而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以來判斷是否是由于系統(tǒng)熱環(huán)境失效而造成的溫度波動(dòng)。比如TX_DISABLE的軟判決，TX_FAULT的鏡像，Rx_LOS管腳狀態(tài)，對(duì)實(shí)時(shí)探測(cè)參數(shù)告警的標(biāo)志。例如，在高密度的應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)每個(gè)模塊的溫度可以進(jìn)行系統(tǒng)熱性能評(píng)估。SFF8472還可以對(duì)收發(fā)模塊內(nèi)部的工作電壓和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這樣可以讓系統(tǒng)管理員發(fā)現(xiàn)潛在的部件問題，同樣，接收到的光功率也可以被監(jiān)測(cè)，從而對(duì)線路和遠(yuǎn)端發(fā)射機(jī)的性能進(jìn)行監(jiān)控。 SFF8472數(shù)字診斷內(nèi)存映像通過SFF8472協(xié)議可以幫助預(yù)測(cè)模塊的壽命，屏蔽系統(tǒng)故障并在現(xiàn)場(chǎng)安裝中驗(yàn)證部件的兼容性。然后對(duì)這5個(gè)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)后，得到數(shù)字化的測(cè)量結(jié)果及相應(yīng)的校準(zhǔn)常數(shù)。通過雙線接口訪問A0h地址段內(nèi)容，得到模塊自身的相關(guān)信息。讀操作有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機(jī)讀和順序讀。總線必須由主器件(通常為微控制器)控制，主器件產(chǎn)生串行時(shí)鐘(SCL)控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。若未收到應(yīng)答信號(hào)，則判斷為受控單元出現(xiàn)故障。開始信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址，在信息的傳輸過程中，I2C總線上并接的每一模塊電路既是主控器(或被控器)，又是發(fā)送器(或接收器)，這取決于它所要完成的功能。當(dāng)然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。同時(shí)，SFF8472MSA(Small Form Factor8472 Multi Source Agreement)標(biāo)準(zhǔn)中定義了可由廠家和用戶使用的內(nèi)部存儲(chǔ)器空間，用戶可以用它實(shí)現(xiàn)許多特殊功能，如加入用戶最終識(shí)別代碼，或設(shè)置模塊故障警告門限等。由于這些管腳給出的是模擬輸出信號(hào)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師就需要對(duì)這些輸出值進(jìn)行數(shù)字化以便進(jìn)行相應(yīng)的處理。自從上世紀(jì)80年代以來，可靠性高的電信應(yīng)用就便用了能監(jiān)測(cè)各項(xiàng)參數(shù)的分離的光發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，這些參數(shù)基本上都是為了評(píng)估激光器的可靠性。并介紹了自動(dòng)功率控制電路與自動(dòng)溫度控制電路、激光器與驅(qū)動(dòng)器的耦合方式。I2C總線支持熱插拔，光模塊插入的時(shí)候它會(huì)自動(dòng)的檢測(cè)線路狀態(tài)，并且只在總線空閑的時(shí)候連接器件，所以不會(huì)對(duì)總線產(chǎn)生任何的影響。為了減小熱插拔時(shí)光模塊對(duì)總線的干擾，MSA協(xié)議規(guī)定光模塊上與Host board連接的信號(hào)都通過電阻上拉到電源，在Host Board側(cè)Tx_fault、。這樣可以在更寬頻譜分布范圍內(nèi)降低電源網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的開關(guān)噪聲，可以分別濾除電源引入的低頻和高頻紋波。通常做一些工藝線將金手指各引腳連接起來，使其在鍍金時(shí)產(chǎn)生電極特性，最后再斷開工藝線使其互相獨(dú)立、斷開絕緣。確保電源腳和信號(hào)腳通、斷電過程中模塊都良好接地，有利于靜電放電，消除了電弧放電損壞引腳的可能。 熱插拔時(shí)初始化時(shí)序圖(TX_DISABLE高有效時(shí)) 熱插拔時(shí)初始化時(shí)序圖(TX_DISABLE低無(wú)效時(shí)) 關(guān)斷控制電路通過采用特定的上電順序和加濾波電路的方法來減小浪涌電路。如果經(jīng)t_init時(shí)延后TX_FAULT還是保持高電平則判為模塊故障，驅(qū)動(dòng)IC不提供電流，激光器不工作，并顯示TX_FAULT故障，保證了在電路異常時(shí)不損壞激光器。MSA多源協(xié)議定義了TXFAULT信號(hào)來指示光模塊的工作狀況是否正常。3)系統(tǒng)總線。光模塊在進(jìn)行熱插拔時(shí)，要考慮和解決以下問題：1)激光器的安全問題。熱插拔可提高系統(tǒng)可靠性，因?yàn)樗鼫p少了由于故障板替換和系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容引起的掉電時(shí)間。DSl859通過2線接口為光接收器主板提供接收器功率信息，同時(shí)DSl859可內(nèi)部校準(zhǔn)接收功率監(jiān)視器。MAX3744前置放大器測(cè)量光電二極管的平均電流，并將測(cè)量結(jié)果提供給共模輸出。對(duì)于使用NRZ碼型的ATM/SONET或其他應(yīng)用中，＜32KHz，故＜，因此=(=2KHz)。當(dāng)輸入低通頻率截止值()降低時(shí)抖動(dòng)將會(huì)減少。一旦報(bào)警產(chǎn)生，LOS將在輸入信號(hào)幅度恢復(fù)到所需要的電平后解除報(bào)警。 MAX3748功能框圖4)檢測(cè)和信號(hào)丟失指示器：MAX3748有一個(gè)LOS電路，指示輸入信號(hào)是否低于設(shè)置門限，門限值由TH引腳的外接Rth電阻設(shè)置。在使用占空比為50%的NRZ碼型的通信系統(tǒng)中，信號(hào)的脈寬失真或互阻放大器產(chǎn)生的脈寬失真表現(xiàn)為輸入失調(diào)，需要靠