【正文】 參與了電路部分的設(shè)計、PCB繪制、光模塊測試與數(shù)字診斷軟件調(diào)試等方面的工作，這些也是論文闡述的重點。保證了端口的增加不會提高系統(tǒng)的功耗。值得一提的是現(xiàn)在又出現(xiàn)了一種單纖三向模塊，這種新型模塊不僅能在單一的光纖上進(jìn)行雙向數(shù)字通信，而且還有模擬影像信號接收器。光接收器的功能是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，它由探測器、跨阻放大器與限幅放大器組成。1)PI特性LD的PI特性是指其輸出功率P隨注入電流I的變化關(guān)系。自動功率控制電路激光器在使用中由于結(jié)溫的變化以及老化等原因會使激光器的閾值電流增大，量子效率下降，從而導(dǎo)致輸出光脈沖的幅度發(fā)生變化。微制冷器多半采用半導(dǎo)體制冷器。根據(jù)比較結(jié)果，相應(yīng)增加或減小直流偏置，使激光器功率保持穩(wěn)定。： MAX3735A功能框圖1)高速調(diào)制驅(qū)動器輸出級由高速差分對和可編程調(diào)制電流源組成。利用可選的關(guān)斷電路，激光驅(qū)動器提供備用的激光二極管關(guān)斷功能()。對普通同軸激光器，可選擇電阻和電容的初始值為：=50Ω，=8PF。交流耦合的電壓降如下：(1)激光二極管的交流壓降僅僅是其等效串聯(lián)電阻(而不是帶隙)上壓降的函數(shù)，等于調(diào)制電流與等效串聯(lián)電阻的乘積。與直流耦合相比，差分驅(qū)動的缺點有：1)低頻截止：差分驅(qū)動結(jié)構(gòu)必須采用交流耦合而交流耦合引入了低頻截止這在利用長模板時由于基線波動將影響低數(shù)據(jù)率的性能2)需要更多的元件；差分驅(qū)動配置比直流耦合配置需要更多的外部元件通常比直流耦合接口多2到5個元件3)功耗；差分驅(qū)動的功耗比直流耦合輸出要大因為交流耦合輸出需要增大偏置電流直流耦合時調(diào)制電流會增大平均光功率故交流耦合接口大約比直流耦合輸出需要多出()的電流。PIN光電二極管沒有倍增，使用簡單，工作偏壓低，無光放大功能，對溫度不敏感，對電源要求低，而且可以固定不變，不需任何控制，適合于短程傳輸系統(tǒng)。均衡器扮演著濾波器的作用，它對信號進(jìn)行衰減，對信號低頻分量的衰減大，高頻分量衰減少，從而有效地增大了前置放大器的帶寬。圖中的近似曲線反映了由式?jīng)Q定的與的關(guān)系。有時在主放大器前接入一個均衡濾波器以校正前端有限的帶寬。設(shè)法減少系統(tǒng)的抖動是關(guān)鍵因素之一，也是必需探討的問題之一。對于千兆位以太網(wǎng)和光纖通道應(yīng)用無需使用電容。對于光纖通道、G比特以太網(wǎng)或其它應(yīng)用，使和開路。激光器是光模塊中最重要的部件，又是易損傷元件和靜電敏感元件，如何確保在熱插拔過程中不損傷激光器是熱插拔技術(shù)的關(guān)鍵。1)采用特定的上電順序。選擇上拉阻值的原則是上拉電阻的最大值應(yīng)該保證在幾個ms內(nèi)，使預(yù)充電電壓在金手指連接處達(dá)到理想充電電壓的80%；最小值應(yīng)該保證設(shè)備的管腳在高低電平時的漏電流不致過大，SFP 。智能SFP模塊，即采用數(shù)字診斷功能的SFP光模塊，是各廠商技術(shù)升級換代的標(biāo)志性產(chǎn)品。 I2C總線工作原理總線的構(gòu)成及信號類型I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。SDA線上的數(shù)據(jù)狀態(tài)僅在SCL為低電平的期間才能改變，SCL為高電平的期間，SDA狀態(tài)的改變被用來表示起始和停止條件。這種故障預(yù)測可以使網(wǎng)絡(luò)管理人員在系統(tǒng)性能受到影響之前找到潛在的鏈路故障。電壓因素由于SFP模塊的熱插拔特性使得收發(fā)模塊內(nèi)部工作電壓變得不穩(wěn)定，再加上在供電濾波器網(wǎng)絡(luò)的電壓降，收發(fā)模塊內(nèi)部的電壓將會比供電電壓lOOmV低甚至更多，從而造成模塊的工作電壓不符合規(guī)定電壓值范圍。由于使用軟指示器會增加時延，所以還是推薦繼續(xù)使用硬件管腳來監(jiān)控故障和信號丟失中斷。內(nèi)部測量收發(fā)器工作電壓。用16位無符號整數(shù)來表示(O65535)，(40～+)。所以整個傳遞函數(shù)的表達(dá)式為： (33)仍以發(fā)射功率為例，： 外部校準(zhǔn)過程按照下列方程對每個參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果的誤差范圍與采用“內(nèi)部校準(zhǔn)”方法的誤差范圍一致。10%測量的耦合TX輸出功率。一旦出現(xiàn)警報或者告警信息，主機就可以獲取實時參數(shù)信息作為對故障屏蔽的依據(jù)。數(shù)字診斷光模塊與系統(tǒng)板之間的通信是通過I2C總線來實現(xiàn)的，本章首先介紹了I2C總線技術(shù)，包括I2C總線的基本介紹以及I2C總線的工作原理。網(wǎng)管人員則根據(jù)收發(fā)模塊生產(chǎn)廠家定的警告和告警的上下界來進(jìn)行決策。發(fā)射部分激光器的偏置電流。對于發(fā)射功率來說，這是指光探測器的響應(yīng)度。精確性是廠家規(guī)定，在給定的溫度和電壓范圍內(nèi)，誤差在177。一旦校準(zhǔn)值設(shè)定好，原始數(shù)據(jù)相應(yīng)的縮放，最后輸出的數(shù)字值符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值范圍。接收光功率因素對于接收光功率，SFP規(guī)范為廠家提供了靈活的選擇，既可以監(jiān)測平均光功率也可以監(jiān)測光調(diào)制幅度。 SFF8472參數(shù)監(jiān)控的細(xì)節(jié)溫度因素由于SFP模塊具有很小的封裝外形，它們的布局通常都很緊湊，這樣就影響了氣流的冷卻，不利于散熱，如果連續(xù)工作很容易引起模塊工作溫度的升高。這個實時的測量結(jié)果保存在A2h地址的96119字節(jié)中?？偩€基本操作I2C規(guī)程運用主/從雙向通訊?？偩€的長度可高達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個組件。上世紀(jì)90年代初，集成光收發(fā)模塊也提供了類似的功能。采用圖三的濾波電路可以保證熱插拔時的浪涌電流不超過30mA(插拔瞬間模塊電流與模塊穩(wěn)定工作時的電流差不超過30mA)。2)除了上電自檢以外，設(shè)計電路時還可選關(guān)斷電路，從硬件上保證激光器安全。普通的光模塊沒有熱插拔功能，每次插拔均要關(guān)斷設(shè)備電源直至插拔過程結(jié)束。 (29)對于使用NRZ碼型的ATM/SONET或其他應(yīng)用中，選取≥≥，可以提供＜32KHz，對于使用8B/10B數(shù)據(jù)碼型的光纖信道、吉比特以太網(wǎng)或其他應(yīng)用，選取≥≥，可以提供＜320KHz。當(dāng)LOS端與DISABLE端相連時，只要輸入信號電平低于LOS門限，輸出端OUT+和OUT將處于靜態(tài)電壓狀態(tài)(靜噪)。帶有縱向門限調(diào)節(jié)的時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)電路可以將電平判決門限調(diào)節(jié)到噪聲電平以下，以獲得最低誤碼率(BER)限幅放大器其功能主要是通過電路中的若干放大器對信號功率進(jìn)行逐級放大，同時由時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路提取出的時鐘和復(fù)位信號對接收到的信號動態(tài)建立判決閉值以使數(shù)據(jù)恢復(fù)輸出．在多級直接耦合放大器中，零點漂移產(chǎn)生的輸出干擾將使放大器無法放大和輸出微弱信號，輸入級的零漂是產(chǎn)生這種干擾的主要原因，如果輸入級采用差動放大器則將大大減少直流耦合的零點漂移。信號強度指示器能夠產(chǎn)生一個與光電二極管平均電流成比例的信號。這樣在沒有增大前放輸出動態(tài)范圍的條件下，增加了輸入信號的動態(tài)范圍。(2)高阻抗前端為減少低阻抗前端熱噪聲，可采用高阻抗前端設(shè)計方案，但是負(fù)載阻抗RL增大后將使前置放大器動態(tài)范圍縮小，而且當(dāng)比特率較高時，輸入端信號的高頻分量損失過大，對均衡電路要求很高，很難實現(xiàn)，所以高阻抗前端一般只適用于低速系統(tǒng)。 差分驅(qū)動(電阻上拉) 光接收部分光接收部分電路主要由光電探測器、跨阻放大器、限幅放大器等幾部分構(gòu)成。(2)電阻上拉時，輸出電壓是，而不是電感上拉的()交流耦合電容同時會阻斷低頻輸出，會影響系統(tǒng)的位像抖動(pattern dependent jittet)。舉個例子計算直流耦合接口的凈空問題，考慮到一個封裝好的激光二極管的最大正向電壓為1．6V，60mA調(diào)制電流和80ps的20%～80%上升時間，=O．68V，同時我們還必須包括串連阻尼電阻上的壓降=1．2V(假設(shè)=20歐)。因此，與的串聯(lián)等效電阻應(yīng)為15Ω，其中是激光二極管的等效電阻。3)保護(hù)電路保護(hù)電路包括輸出禁止(TX_DISABLE)、輸出故障鎖定(TX_FAULT)和故障檢測器。自動功率控制(APC)反饋環(huán)路使平均光功率在整個溫度范圍及工作壽命內(nèi)保持恒定。激光驅(qū)動器應(yīng)當(dāng)具有足夠的偏置和調(diào)制電流范圍，以使激光二極管有足夠?qū)挼倪x擇范圍。集成電路構(gòu)成的自動功率控制電路將在后面激光器驅(qū)動電路部分介紹。但是通信系統(tǒng)不允許激光器的輸出光功率有大的波動，這就需要采用自動功率控制電路來維持激光器輸出功率基本不變。半導(dǎo)體光源滿足以上要求，是目前光通信系統(tǒng)中最為重要的光源。6)給出數(shù)字診斷光模塊的硬件電路實現(xiàn)，詳細(xì)介紹了用DALLIS MAXIM公司的DSl859與激光器驅(qū)動芯片max373跨阻放大器芯片max3744以及限幅放大器芯片max3748設(shè)計出的這款高性價比的數(shù)字診斷光模塊解決方案。事實上，即使使用低速率的組件，CWDM收發(fā)器也能在成本、尺寸、功率預(yù)算比傳統(tǒng)串行方案低的前提下，達(dá)到較高的數(shù)據(jù)速率。目前光器件一般均采用混合集成工藝和氣密封裝工藝，下一步的發(fā)展將是非氣密的封裝，需要依靠無源光耦合(非XYZ方向的調(diào)整)等技術(shù)進(jìn)一步提高自動化生產(chǎn)程度，降低成本。智能SFP模塊，即具有數(shù)字診斷功能的SFP光模塊，數(shù)字診斷控制器所帶的存儲空間分為兩部分一部分用于儲存器件型號、制造商名稱、序列號、器件的數(shù)據(jù)速率等基本信息，另一部分用于存儲監(jiān)控報警、校準(zhǔn)常數(shù)與實時監(jiān)控數(shù)據(jù)等數(shù)字診斷與監(jiān)控相關(guān)信息。又由于SFF小封裝光模塊采用了與銅線網(wǎng)絡(luò)類似的MTRJ接口，大小與常見的電腦網(wǎng)絡(luò)銅線接口相同，有利于現(xiàn)有以銅纜為主的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備過渡到更高速率的光纖網(wǎng)絡(luò)以滿足網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的急劇增長。目前SDH單通道光系統(tǒng)正向40Gbit/s沖擊。 本文研究的主要內(nèi)容及所做的工作本文研究的對象是帶數(shù)字診斷功能的光收發(fā)一體模塊。光發(fā)射模塊主要由包含APC功能的激光驅(qū)動器，帶背光探測器的激光器組件以及偏置和調(diào)制電路組成。2)閾值電流()閾值電流是激光二極管開始振蕩的正向電流。反之，若光功率大于某一額定值，則通過反饋電路使驅(qū)動電流減小，激光器輸出功率隨之減小，以使激光器輸出功率基本恒定不變。為了提高控制效率和精度，一般采用蝶型激光器，將熱敏電阻和制冷器封裝在激光器內(nèi)部，使熱敏電阻直接探測激光器結(jié)區(qū)溫度，制冷器直接和激光器的熱沉相接觸。除此基本功能外，系統(tǒng)必須能夠在不影響數(shù)據(jù)輸入的情況下通過禁止驅(qū)動器來中斷激光器的發(fā)送。為減小由激光二極管寄生電感引起的光輸出偏差和占空比失真，可能需要一個RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。例如，在每個監(jiān)測器輸出端接100Ω的電阻到地，可以得到以下電壓： (23) (24)MAX3735A外圍電路設(shè)計為了便于計算相關(guān)參數(shù)。由式26式確定，單位：為uF，和為mA，為us。在激光輸出強的時候。直接連接到0UT引腳的元件應(yīng)具有小的直流阻抗和在MHz到GHz頻率范圍具有高阻特性。當(dāng)接收光功率低于光接收靈敏度時，則在其負(fù)載上檢不出光電流，而當(dāng)接收光功率過高超出動態(tài)范圍時則出現(xiàn)光電流過飽和現(xiàn)象。放大分為線性放大和非線性放大兩種。由于這時接收到的電信號電壓很低，為了保證信號電壓達(dá)到后續(xù)主放大器的工作驅(qū)動電壓需要對信號電壓放大。當(dāng)△fB時，電脈沖展寬超過了規(guī)定的比特時隙，將可能干擾相鄰比特時隙的檢測，引起碼間串?dāng)_。MAX3748與TIA可以是直流耦合或交流耦合。兩路控制電壓和，定義了LOS的報警和解除報警門限。這個實現(xiàn)方式的優(yōu)點在于它允許TIA封裝在低功耗的傳統(tǒng)的4腳T046中。針對上述問題采用了以下幾方面的技術(shù)和方法來實現(xiàn)光通信模塊的熱插拔。為了保證插拔時的這一加、斷電順序電端采用金手指連接，金手指有二十根引腳，其中接地的引腳VeeT(共三根)和VeeR(共四根)最長(至少3mm)，接電源的引腳VccT和VccR次之()，剩下的十一根信號線最短()，另外，為保證各引腳間良好絕緣，考慮到電路板的尺寸限制。首先簡要介紹了光收發(fā)模塊的基本原理及框圖，然后分光發(fā)射部分、接收部分對構(gòu)成光模塊的各主要部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹。下面介紹I2C總線技術(shù)。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨立，互不相關(guān)。為了結(jié)束讀操作，主機必須在第9個周期間發(fā)出停止條件或者在第9個時鐘周期內(nèi)保持SDA為高電平、然后發(fā)出停止條件。SFF8472對TX_POWER和I_BIAS和VCC進(jìn)行實時監(jiān)控的的另一個好處就是部件評估。對特定的器件，各個廠家都會提供偏置電流的最大和最小值。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違反規(guī)范或者可能會出現(xiàn)不理想工作條件。測量的TX偏置電流以uA為單位。在超過這個最小接收輸入光功率范圍內(nèi)的精確度的絕對值由廠家規(guī)定。3℃內(nèi)部測量供電電壓。測量的接收光功率，RX ，由方程式(38)給出，單位是uW： (38)其中為16位無符號整數(shù)，其值存儲在A2H地址68H中，占用兩個字節(jié)，可通過I2C總線讀取；RX_PWR(uW)為所對應(yīng)的實際接收光功率值，可通過功率計測得；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)和值列五個方程進(jìn)行求解。如果需要在校準(zhǔn)前完成比較，必須首先對數(shù)據(jù)和門限值進(jìn)行校準(zhǔn)。門限值補償或調(diào)整是由廠家給定的。對于廠家給定的波長，在給定的溫度和電壓范圍內(nèi)，誤差不超過177。這個結(jié)果以100uV為單位。 內(nèi)部校準(zhǔn)框圖外部校準(zhǔn)采用“外部校準(zhǔn)”時，監(jiān)測值是未經(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存儲地址內(nèi)的校準(zhǔn)常數(shù)，將此監(jiān)測值轉(zhuǎn)換到實際的數(shù)值。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。一旦出現(xiàn)警報或者告警信息，主機就可以獲取實時參數(shù)信息、作為故障屏蔽的依據(jù)。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。例如，在高密度的應(yīng)用中，監(jiān)測每個模塊的溫度可以進(jìn)行系統(tǒng)熱性能評估。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。開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數(shù)據(jù)。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，其中包括單個組件狀態(tài)的通信。并介紹了自動功率控制電路與自動溫度控制電路、激光器與驅(qū)動器的耦合方式。通常做一些工藝線將金手指各引腳連接起來，使其在鍍金時產(chǎn)生電極特性，最后再斷