【正文】 參與了電路部分的設(shè)計(jì)、PCB繪制、光模塊測(cè)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(diǎn)。保證了端口的增加不會(huì)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(hào)接收器。光接收器的功能是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，它由探測(cè)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(dòng)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(huì)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(dòng)器輸出級(jí)由高速差分對(duì)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(dòng)器提供備用的激光二極管關(guān)斷功能()。對(duì)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(dòng)的缺點(diǎn)有：1)低頻截止：差分驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)模板時(shí)由于基線波動(dòng)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(dòng)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(gè)元件3)功耗；差分驅(qū)動(dòng)的功耗比直流耦合輸出要大因?yàn)榻涣黢詈陷敵鲂枰龃笃秒娏髦绷黢詈蠒r(shí)調(diào)制電流會(huì)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(méi)有倍增，使用簡(jiǎn)單，工作偏壓低，無(wú)光放大功能，對(duì)溫度不敏感，對(duì)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(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，對(duì)信號(hào)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(shí)在主放大器前接入一個(gè)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(dòng)是關(guān)鍵因素之一，也是必需探討的問(wèn)題之一。對(duì)于千兆位以太網(wǎng)和光纖通道應(yīng)用無(wú)需使用電容。對(duì)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(guò)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(gè)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(shí)的漏電流不致過(guò)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(jí)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(hào)類型I2C總線是由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)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(lái)表示起始和停止條件。這種故障預(yù)測(cè)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(huì)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(huì)增加時(shí)延，所以還是推薦繼續(xù)使用硬件管腳來(lái)監(jiān)控故障和信號(hào)丟失中斷。內(nèi)部測(cè)量收發(fā)器工作電壓。用16位無(wú)符號(hào)整數(shù)來(lái)表示(O65535)，(40～+)。所以整個(gè)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(guò)程按照下列方程對(duì)每個(gè)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(cè)量的耦合TX輸出功率。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)信息作為對(duì)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(guò)I2C總線來(lái)實(shí)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(lái)進(jìn)行決策。發(fā)射部分激光器的偏置電流。對(duì)于發(fā)射功率來(lái)說(shuō)，這是指光探測(cè)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(duì)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(cè)平均光功率也可以監(jiān)測(cè)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(gè)實(shí)時(shí)的測(cè)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(yùn)用主/從雙向通訊?？偩€的長(zhǎng)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(gè)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(shí)的浪涌電流不超過(guò)30mA(插拔瞬間模塊電流與模塊穩(wěn)定工作時(shí)的電流差不超過(guò)30mA)。2)除了上電自檢以外，設(shè)計(jì)電路時(shí)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(méi)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(guò)程結(jié)束。 (29)對(duì)于使用NRZ碼型的ATM/SONET或其他應(yīng)用中，選取≥≥，可以提供＜32KHz，對(duì)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(shí)，只要輸入信號(hào)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(shí)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(guò)電路中的若干放大器對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行逐級(jí)放大，同時(shí)由時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路提取出的時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)對(duì)接收到的信號(hào)動(dòng)態(tài)建立判決閉值以使數(shù)據(jù)恢復(fù)輸出．在多級(jí)直接耦合放大器中，零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的輸出干擾將使放大器無(wú)法放大和輸出微弱信號(hào)，輸入級(jí)的零漂是產(chǎn)生這種干擾的主要原因，如果輸入級(jí)采用差動(dòng)放大器則將大大減少直流耦合的零點(diǎn)漂移。信號(hào)強(qiáng)度指示器能夠產(chǎn)生一個(gè)與光電二極管平均電流成比例的信號(hào)。這樣在沒(méi)有增大前放輸出動(dòng)態(tài)范圍的條件下，增加了輸入信號(hào)的動(dòng)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(jì)方案，但是負(fù)載阻抗RL增大后將使前置放大器動(dòng)態(tài)范圍縮小，而且當(dāng)比特率較高時(shí)，輸入端信號(hào)的高頻分量損失過(guò)大，對(duì)均衡電路要求很高，很難實(shí)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(dòng)(電阻上拉) 光接收部分光接收部分電路主要由光電探測(cè)器、跨阻放大器、限幅放大器等幾部分構(gòu)成。(2)電阻上拉時(shí)，輸出電壓是，而不是電感上拉的()交流耦合電容同時(shí)會(huì)阻斷低頻輸出，會(huì)影響系統(tǒng)的位像抖動(dòng)(pattern dependent jittet)。舉個(gè)例子計(jì)算直流耦合接口的凈空問(wèn)題，考慮到一個(gè)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(shí)間，=O．68V，同時(shí)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(cè)器。自動(dòng)功率控制(APC)反饋環(huán)路使平均光功率在整個(gè)溫度范圍及工作壽命內(nèi)保持恒定。激光驅(qū)動(dòng)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(dòng)功率控制電路將在后面激光器驅(qū)動(dòng)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(dòng)，這就需要采用自動(dòng)功率控制電路來(lái)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(shí)現(xiàn)，詳細(xì)介紹了用DALLIS MAXIM公司的DSl859與激光器驅(qū)動(dòng)芯片max373跨阻放大器芯片max3744以及限幅放大器芯片max3748設(shè)計(jì)出的這款高性價(jià)比的數(shù)字診斷光模塊解決方案。事實(shí)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(wú)源光耦合(非XYZ方向的調(diào)整)等技術(shù)進(jìn)一步提高自動(dòng)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(chǔ)空間分為兩部分一部分用于儲(chǔ)存器件型號(hào)、制造商名稱、序列號(hào)、器件的數(shù)據(jù)速率等基本信息，另一部分用于存儲(chǔ)監(jiān)控報(bào)警、校準(zhǔn)常數(shù)與實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?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(guò)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(zhǎng)。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(duì)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(dòng)器，帶背光探測(cè)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(guò)反饋電路使驅(qū)動(dòng)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(cè)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(guò)禁止驅(qū)動(dòng)器來(lái)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(gè)RC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。例如，在每個(gè)監(jiān)測(cè)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(jì)為了便于計(jì)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(qiáng)的時(shí)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(shí)，則在其負(fù)載上檢不出光電流，而當(dāng)接收光功率過(guò)高超出動(dòng)態(tài)范圍時(shí)則出現(xiàn)光電流過(guò)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(shí)接收到的電信號(hào)電壓很低，為了保證信號(hào)電壓達(dá)到后續(xù)主放大器的工作驅(qū)動(dòng)電壓需要對(duì)信號(hào)電壓放大。當(dāng)△fB時(shí)，電脈沖展寬超過(guò)了規(guī)定的比特時(shí)隙，將可能干擾相鄰比特時(shí)隙的檢測(cè)，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(bào)警和解除報(bào)警門限。這個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)在于它允許TIA封裝在低功耗的傳統(tǒng)的4腳T046中。針對(duì)上述問(wèn)題采用了以下幾方面的技術(shù)和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光通信模塊的熱插拔。為了保證插拔時(shí)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(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。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。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(dú)立，互不相關(guān)。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)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。告警信息表明有鏈路故障或者重大功能問(wèn)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。測(cè)量的TX偏置電流以u(píng)A為單位。在超過(guò)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。3℃內(nèi)部測(cè)量供電電壓。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(guò)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(guò)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(guò)讀五組Rx_PWR(uW)和值列五個(gè)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(duì)數(shù)據(jù)和門限值進(jìn)行校準(zhǔn)。門限值補(bǔ)償或調(diào)整是由廠家給定的。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(guò)177。這個(gè)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(shí)，監(jiān)測(cè)值是未經(jīng)過(guò)處理的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，必須通過(guò)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。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(guò)廠家標(biāo)稱值的177。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(cè)每個(gè)模塊的溫度可以進(jìn)行系統(tǒng)熱性能評(píng)估。通過(guò)雙線接口訪問(wèn)A0h地址段內(nèi)容，得到模塊自身的相關(guān)信息。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)。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。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。通常做一些工藝線將金手指各引腳連接起來(lái)，使其在鍍金時(shí)產(chǎn)生電極特性，最后再斷