【正文】 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)本章介紹了實現(xiàn)光模塊數(shù)字診斷的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。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，但是不會立即引起鏈路的故障。門限值補償或調(diào)整是由廠家給定的。如果需要在校準(zhǔn)前完成比較，必須首先對數(shù)據(jù)和門限值進行校準(zhǔn)。假設(shè)這些值在不同的技術(shù)和不同實現(xiàn)方案中會變化。每個A/D量有一個相應(yīng)的高報警，低報警，高警告和低警告門限。使用這些指示器之后，很多系統(tǒng)控制器就可以獲得實時監(jiān)視功能，而不需要不斷的輪詢并分析參數(shù)信息。告警信息表明有鏈路故障或者重大功能問題。 報警和警告門限SFF8472分別對5個參數(shù)定義了警告和告警門限。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義，在輸入功率無論是達到或接近最大發(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(插入損耗或無源損耗)時，誤差都應(yīng)該保持在誤差范圍之內(nèi)。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。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??；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)和值列五個方程進行求解。3dB。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位無符號整數(shù)，其值存儲在A2H地址66H中，占用兩個字節(jié)，可通過I2C總線讀取；為所對應(yīng)的實際發(fā)射光功率值，可通過功率計測得；為未知數(shù)，可通過讀兩組和值列兩個方程進行求解。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。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位無符號整數(shù)，其值存儲在A2H地址64H中，占用兩個字節(jié)，可通過I2C總線讀?。籌_BIAS(uA)為所對應(yīng)的實際電流值，可通過電流表測得；和為未知數(shù)，可通過讀兩組I_BIAS(uA)和值列兩個方程進行求解。在這種情況下，只有一個電壓被監(jiān)控。3%。這個結(jié)果以100uV為單位。3℃內(nèi)部測量供電電壓。這個結(jié)果以1/256℃為單位，溫度的整個測量范圍在128℃到+128℃。內(nèi)部測量的收發(fā)器溫度。 (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是補償因子。 (3—1)其中，是被測量的參數(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量參數(shù)，是輸入A/D的電壓。無論采用哪種方法得到A/D轉(zhuǎn)換后的值，都包含了2個傳遞函數(shù)：第一個是被測量的參數(shù)和施加在A/D上的電壓之間的函數(shù)關(guān)系。外部校準(zhǔn)可分為兩類：線性和非線性。 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。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。3dBm。精確性的絕對值依賴于精確的光纖波長。測量的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)。3dBm。假設(shè)數(shù)據(jù)是基于對激光器監(jiān)控二極管電流的測量，生產(chǎn)廠家依據(jù)最具代表性的光纖輸出類型校準(zhǔn)到絕對單元。測量的TX輸出功率是mW為單位。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。測量的TX偏置電流以uA為單位。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。用一個無符號的16位整數(shù)值來表示 (O65535)，1LSB等于100uV，生產(chǎn)廠家會規(guī)定工作電壓測量范圍，測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。3℃之內(nèi)。內(nèi)部測量收發(fā)器溫度。SFF8472標(biāo)準(zhǔn)分別對電壓、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。根據(jù)地址92相應(yīng)位的設(shè)定來選擇不同的監(jiān)測校準(zhǔn)類型。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)。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。在對時延不敏感的應(yīng)用中對TX_DISABLE和RATE SELECT進行軟控制是很有用的。很多系統(tǒng)對從收發(fā)模塊收到的告警指示和物理層電路的告警指示進行邏輯與。狀態(tài)指示器和控制比特作為對傳統(tǒng)SFP管腳功能的補充，SFF8472可以通過兩線串行接口來對其管腳功能進行軟監(jiān)控。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。背光二極管的輸出電流也用來對平均發(fā)射光功率進行實時監(jiān)控．典型的SFP模塊都工作在恒定功率模式，其發(fā)射光功率很少會發(fā)生波動，一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)射光功率有很大變化，表明SFP模塊可能無法正常工作。SFP收發(fā)模塊一般在激光器旁邊安裝一個背光二極管，用來監(jiān)測激光器的輸出光功率。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。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。激光器的光電轉(zhuǎn)換效率和閾值電流都會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為溫度或工作電壓變化而引起的，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。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行測量，這些測量值也可以用來觀察工作電壓的漂移，從而判斷是否因為系統(tǒng)供電環(huán)境失效而造成的電壓波動．偏置電流因素對光收發(fā)模塊進行可靠性預(yù)測時，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?，F(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的實時溫度，測量結(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。在高密度的應(yīng)用中，監(jiān)測每個模塊的溫度可以進行系統(tǒng)熱性能評估。比如TX_DISABLE的軟判決，TX_FAULT的鏡像，Rx_LOS管腳狀態(tài)，對實時探測參數(shù)告警的標(biāo)志。對多數(shù)器件，只需將每個SFP實時結(jié)果乘一個SFF8472定義的常數(shù)即可。例如，在高密度的應(yīng)用中，監(jiān)測每個模塊的溫度可以進行系統(tǒng)熱性能評估。SFF8472對TX_POWER和I_BIAS和VCC進行實時監(jiān)控的的另一個好處就是部件評估。SFF8472還可以對收發(fā)模塊內(nèi)部的工作電壓和溫度進行實時監(jiān)測，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，從而對線路和遠端發(fā)射機的性能進行監(jiān)控。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數(shù)字診斷內(nèi)存映像通過SFF8472協(xié)議可以幫助預(yù)測模塊的壽命，屏蔽系統(tǒng)故障并在現(xiàn)場安裝中驗證部件的兼容性。除了提供參數(shù)監(jiān)測信息外，還定義了警告標(biāo)志或告警條件，各個管腳的狀態(tài)鏡像，有限的數(shù)字控制能力和用戶可寫的存儲單元。然后對這5個參數(shù)信號進行標(biāo)定校準(zhǔn)后，得到數(shù)字化的測量結(jié)果及相應(yīng)的校準(zhǔn)常數(shù)。SFF8472保留了原來SFP/GBIC在地址A0h處的地址映射，新增了一個256字節(jié)的存儲單元作為A2h地址。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。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。讀操作有三種基本操作：當(dāng)前地址讀、隨機讀和順序讀。 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時為讀操作，為0時為寫操作。總線必須由主器件(通常為微控制器)控制，主器件產(chǎn)生串行時鐘(SCL)控制總線的傳輸方向，并產(chǎn)生起始和停止條件。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。若未收到應(yīng)答信號，則判斷為受控單元出現(xiàn)故障。應(yīng)答信號：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)。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)。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)。所以每個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。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進行雙向傳送，最高傳送速率100Kbps。當(dāng)然，在任何時間點上只能有一個主控。I2C總線的另一個優(yōu)點是，它支持多主控(multi mastering)，其中任何能夠進行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。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?？呻S時監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。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。下面介紹I2C總線技術(shù)。同時，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)部存儲器空間，用戶可以用它實現(xiàn)許多特殊功能，如加入用戶最終識別代碼，或設(shè)置模塊故障警告門限等。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，實時監(jiān)測收發(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。由于這些管腳給出的是模擬輸出信號，系統(tǒng)設(shè)計師就需要對這些輸出值進行數(shù)字化以便進行相應(yīng)的處理。參數(shù)監(jiān)測最早出現(xiàn)在1998年推出的SFF(Small Form Factor，小型封裝)模塊中，分別用5個管腳來探測激光器的偏置電流，激光器發(fā)射光功率和接收到的光功率。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)測各項參數(shù)的分離的光發(fā)射機和接收機，這些參數(shù)基本上都是為了評估激光器的可靠性。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。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。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行了詳細介紹。I2C總線支持熱插拔，光模塊插入的時候它會自動的檢測線路狀態(tài)，并且只在總線空閑的時候連接器件，所以不會對總線產(chǎn)生任何的影響。光模塊插入時，最先連接的是地和電源，電源接通后很短時間內(nèi)就可使光模塊上信號腳預(yù)充電到一定電壓，便可有效減小光模塊插拔瞬間對Host board的沖擊。為了減小熱插拔時光模塊對總線的干擾，MSA協(xié)議規(guī)定光模塊上與Host board連接的信號都通過電阻上拉到電源，在Host Board側(cè)Tx_fault、。此外，光模塊電路也做了進一步處理，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，進行濾波處理。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。除了特定的上電順序之外，還對Host Board和光模塊電路作了相應(yīng)的處理，進一步抑制浪涌電流。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，最后再斷開工藝線使其互相獨立、斷開絕緣。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。確保電源腳和信號腳通、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。通過預(yù)充電來減小浪涌電流。 熱插拔時初始化時序圖(TX_DISABLE高有效時) 熱插拔時初始化時序圖(TX_DISABLE低無效時) 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。一般驅(qū)動IC有一個SHUTDOWN引腳，設(shè)計關(guān)斷電路時，SHUTDOWN腳接場效應(yīng)管的柵極，控制場效應(yīng)管的通斷。如果經(jīng)t_init時延后TX_FAULT還是保持高電平則判為模塊故障，驅(qū)動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不損壞激光器。光模塊上電后，經(jīng)過t_init時間的時延，在這期間TXFAULT為高電平，驅(qū)動IC不提供電流，激光器不工作。MSA多源協(xié)議定義了TXFAULT信號來指示光模塊的工作狀況是否正常。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。3)系統(tǒng)總線。2)浪涌電流。光模塊在進行熱插拔時，要考慮和解決以下問題：1)激光器的安全問題。但由于電信及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工作的重要性，不允許長時間停電：再則現(xiàn)有的許多操作系統(tǒng)的重啟動時間較長，因而熱插拔技術(shù)在通信應(yīng)用領(lǐng)域變得越來越重要，市場對可熱插拔光模塊的需求也越來越迫切。熱插拔可提高系統(tǒng)可靠性，因為它減少了由于故障板替換和系統(tǒng)升級擴容引起的掉電時間。為了獲得最佳的精確度，一般在所需范圍的高端(500uA)和低