【正文】 RSSI輸出與DSl859模擬輸入通道連接，可將模擬信息轉(zhuǎn)換為16位數(shù)字。MAX3744和MAX3748經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理。 光模塊的熱插拔技術(shù)所謂熱插拔，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是指不停機(jī)在系統(tǒng)中帶電插入或拔出電路板，并保證系統(tǒng)在熱插拔過(guò)程中及該過(guò)程完成后仍能正常工作。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。目前國(guó)內(nèi)外不乏可熱插拔光模塊產(chǎn)品，但介紹光模塊熱插拔技術(shù)的文章很少，本文比較詳細(xì)的介紹了光模塊熱插拔的技術(shù)難點(diǎn)及其解決方法與具體實(shí)現(xiàn)。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。在光模塊插入帶電背板時(shí)，光模塊電路板上電源、芯片的濾波電容都處入低阻態(tài)，從背板流向電路板的瞬態(tài)沖擊電流很高，可能燒毀接插件或板上元件。由于系統(tǒng)總線上的邏輯狀態(tài)是隨機(jī)的，當(dāng)一塊未加電的光模塊連接到正在工作的總線上時(shí)，在模塊電路板與總線之間有大的電流流過(guò)，總線上將會(huì)受到一個(gè)很大的瞬態(tài)干擾，破壞總線上正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。l、了保證熱插拔過(guò)程中激光器的安全，采用了以下兩方面的技術(shù)：1)用TXFAULT信號(hào)來(lái)保證只在電路正常時(shí)驅(qū)動(dòng)IC給激光器提供偏置和調(diào)制電流，激光器工作；在電路異常時(shí)，驅(qū)動(dòng)IC不提供電流，激光器上沒(méi)有電流，不會(huì)損壞激光器。光模塊插入時(shí)有一個(gè)初始化時(shí)序，上電后光模塊先“自檢”，如“自檢”通過(guò)，驅(qū)動(dòng)IC給激光器提供電流，激光器才能開(kāi)始工作。如果上電初系統(tǒng)有一個(gè)TX_DISABLE指令，tinit時(shí)間要等TX_DISABLE變低失效后開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果經(jīng)t_init時(shí)延后無(wú)異常則TX_FAULT變?yōu)榈碗娖剑?qū)動(dòng)IC提供電流，激光器可以正常工作。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。正常時(shí)SHUTDOWN輸出低電平，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，激光器上有電流正常發(fā)光；電路異常時(shí)，SHUTDOWN輸出高電平，場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷，激光器上沒(méi)有電流，從硬件上保證了其安全。1)采用特定的上電順序。要想元件不被損壞，在插拔時(shí)有一個(gè)加、斷電順序，插入時(shí)按地、電源、信號(hào)線的順序加電；拔出時(shí)按信號(hào)線、電源、地的順序斷電。在加電時(shí)，由于先加電源，可以在接入系統(tǒng)前對(duì)光模塊電路板上的電容預(yù)充電，有效的減小了瞬態(tài)沖擊電流。 金手指尺寸圖 金手指腳位圖為保證光模塊插拔時(shí)有良好的電氣連接性，單根金手指不能太細(xì)，而且金手指連接器要有良好的導(dǎo)電性能，制作時(shí)需要在上面鍍鎳和鍍金。2)采用濾波電路和限流開(kāi)關(guān)進(jìn)一步減小插拔瞬間的浪涌電流。對(duì)Host 濾波電路其中兩個(gè)電感要求直流阻抗很小。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)。采用接上拉電阻和預(yù)充電的方法來(lái)減小熱插拔時(shí)光模塊對(duì)總線的干擾。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 。此外Host board通過(guò)I2C總線讀寫(xiě)光模塊的信息，mod(0)用于識(shí)別光模塊、mod(1)用作sc1信號(hào)、mod(2)用作sda信號(hào)，mod(O)、mod(1)和mod(2)在Host ，在連接前也要進(jìn)行預(yù)充電。 本章小節(jié)本章介紹了光收發(fā)模塊的原理及其設(shè)計(jì)。具體介紹了激光器原理、激光器驅(qū)動(dòng)電路、探測(cè)器原理、前置放大器與限幅放大器的原理及設(shè)計(jì)。最后簡(jiǎn)要介紹了小封裝光模塊的熱插拔技術(shù)。對(duì)器件的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)已非新技術(shù)。上世紀(jì)90年代初，集成光收發(fā)模塊也提供了類(lèi)似的功能。這些管腳提供了與每個(gè)器件參數(shù)成正比的輸出電流或者電壓。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。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量，管理單元能夠迅速找出光纖鏈路中發(fā)生錯(cuò)誤的具體位置，簡(jiǎn)化維護(hù)工作，提高系統(tǒng)的可靠性。 兩線串行總線技術(shù)SFP MSA協(xié)議和SFF8472協(xié)議定義了數(shù)字診斷光模塊與系統(tǒng)板之間采用I2C總線協(xié)議進(jìn)行通信，因此I2C總線技術(shù)是設(shè)計(jì)數(shù)字診斷光模塊的技術(shù)基礎(chǔ)。 I2C總線概述I2C(InterIntegrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。例如管理員可對(duì)各個(gè)組件進(jìn)行查詢(xún)，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇。I2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性?？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。一個(gè)主控能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率。 I2C總線工作原理總線的構(gòu)成及信號(hào)類(lèi)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)。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就像電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作。CPU發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和控制量?jī)刹糠?，地址碼用來(lái)選址，即接通需要控制的電路，確定控制的種類(lèi)；控制量決定該調(diào)整的類(lèi)別(如對(duì)比度、亮度等)及需要調(diào)整的量。I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種類(lèi)型信號(hào)，它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。結(jié)束信號(hào)：SCL為高電平時(shí)，SDA由低電平向高電平跳變，結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。CPU向]受控單元發(fā)出一個(gè)信號(hào)后，等待受控單元發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，CPU接收到應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)實(shí)際情況做出是否繼續(xù)傳遞信號(hào)的判斷?？偩€基本操作I2C規(guī)程運(yùn)用主/從雙向通訊。主器件和從器件都可以工作于接收和發(fā)送狀態(tài)。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。 控制字節(jié)寫(xiě)操作分為字節(jié)寫(xiě)和頁(yè)面寫(xiě)兩種操作，對(duì)于頁(yè)面寫(xiě)根據(jù)芯片的一次裝載的字節(jié)不同有所不同。應(yīng)當(dāng)注意的是：最后一個(gè)讀操作的第9個(gè)時(shí)鐘周期不是“不關(guān)心”。 順序讀時(shí)序圖 SFF8472協(xié)議 SFF8472協(xié)議概述SFP MSA協(xié)議規(guī)定了模塊的EEPROM中劃分一個(gè)256字節(jié)的存儲(chǔ)單元A0h，用于存儲(chǔ)SFP/GBIC模塊的一些特定信息，如模塊的類(lèi)型、序列號(hào)、生產(chǎn)目期、波長(zhǎng)、傳輸距離以及模塊生產(chǎn)廠家的特定信息等。有助于大型網(wǎng)絡(luò)中對(duì)元件的庫(kù)存管理。在模塊內(nèi)部的電路板上監(jiān)測(cè)模塊的電壓，溫度，發(fā)射功率，接收功率，偏置電流5個(gè)參數(shù)信號(hào)。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。這些信息都被存貯在標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存單元A2h中，通過(guò)雙線接口進(jìn)行訪問(wèn)。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。在那種對(duì)系統(tǒng)在線時(shí)間要求特別高的場(chǎng)合，數(shù)字化的SFP提供了一種與激光器劣化和預(yù)期故障相聯(lián)系的實(shí)時(shí)激光器參數(shù)的監(jiān)測(cè)手段．這兩個(gè)參數(shù)是平均激光偏置電流I_BIAS和平均光功率TX_POWER。屏蔽故障的特性可以使系統(tǒng)管理員快速定位鏈路故障的位置，從而使系統(tǒng)的故障時(shí)間達(dá)到最小，在光鏈路中定位故障是發(fā)生在本地器件，遠(yuǎn)端器件還是線路本身的能力，對(duì)于業(yè)務(wù)的快速加載至關(guān)重要．根據(jù)SFF8472對(duì)TX_POWER和I_BIAS和VCC及接收機(jī)OMA(光調(diào)制幅度)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的結(jié)果，可以評(píng)估本地收發(fā)模塊當(dāng)前的工作狀態(tài)，另外，狀態(tài)標(biāo)志信號(hào)Tx_FAULT、TX_DISABLE和Rx_LOS都存儲(chǔ)在內(nèi)存中，可以通過(guò)兩線串行接口進(jìn)行讀取。其潛在應(yīng)用包括：在系統(tǒng)安裝和設(shè)計(jì)的時(shí)候輔助調(diào)試模塊：工廠和應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估收發(fā)模塊參數(shù)。識(shí)別SFP是否符合SFF8472協(xié)議，用戶必須訪問(wèn)基本內(nèi)存，去看是否包含了數(shù)字診斷功能，一旦確認(rèn)是符合的，為正確分析實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果，用戶需要確定所采用的是哪種算法。另外幾個(gè)比特則用于標(biāo)識(shí)在SFP里面使用了哪種軟控制和鏡像功能，每個(gè)比特會(huì)表明是否支持某種功能。 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。以前，在系統(tǒng)測(cè)試階段采用熱電偶來(lái)測(cè)量光收發(fā)模塊內(nèi)部的溫度，但是用這種方法不方便在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的時(shí)候進(jìn)行測(cè)量。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。一般，只有在激光器的工作電流超過(guò)其閾值電流時(shí)，才能產(chǎn)生激光并保持一定功率的光輸出。在溫度和電壓條件都恒定的情況下，激光器偏置電流是不應(yīng)該波動(dòng)的。系統(tǒng)軟件會(huì)把實(shí)際的偏置電流與這些極限值進(jìn)行比較，從而發(fā)現(xiàn)引起激光器毀壞性后果的問(wèn)題，為了進(jìn)行更精確的可靠性預(yù)測(cè)，在進(jìn)行比較的時(shí)候就必須考慮到SFP的工作條件。發(fā)射光功率因素激光器的輸出功率很容易受到溫度和激光器老化的影響，為了獲得穩(wěn)定的光功率，自動(dòng)功率控制電路是必不可少的。通過(guò)將背光二極管的光生電流反饋回激光器驅(qū)動(dòng)電路來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)激光器的偏置電流，達(dá)到穩(wěn)定激光器輸出功率目的。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。光調(diào)制幅度給出了輸入光信號(hào)的峰峰幅度信息，系統(tǒng)安裝工程師可以用手持式的光功率計(jì)方便的測(cè)出平均光功率，如果是通過(guò)監(jiān)測(cè)光調(diào)制幅度來(lái)得到接收光功率的信息，就為系統(tǒng)安裝和調(diào)試工程師提供附加的判斷標(biāo)準(zhǔn)，從而可以更容易判斷鏈路(包括鏈路和遠(yuǎn)端光發(fā)射機(jī))是否符合規(guī)范。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。在這些應(yīng)用中，主控制器可以使用軟指示器來(lái)獲取額外的故障屏蔽信息。SFF8472為每個(gè)實(shí)時(shí)傳感器分配了存貯警告或告警的內(nèi)存，決策則由收發(fā)模塊根據(jù)廠家定的警告和告警的上下界來(lái)進(jìn)行。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(xún)并分析參數(shù)信息。 內(nèi)部校準(zhǔn)和外部校準(zhǔn)SFF8472協(xié)議規(guī)定了診斷校準(zhǔn)的類(lèi)型，包括“內(nèi)部校準(zhǔn)”和“外部校準(zhǔn)”。內(nèi)部校準(zhǔn)采用“內(nèi)部校準(zhǔn)”，表明監(jiān)測(cè)值可被校準(zhǔn)為絕對(duì)值，根據(jù)生產(chǎn)廠家規(guī)定的工作溫度和電壓來(lái)對(duì)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行校準(zhǔn)。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。用一個(gè)16位的帶符號(hào)的補(bǔ)碼值來(lái)表示，增量為1/256，整個(gè)范圍在128℃到+128℃，溫度的精確性由生產(chǎn)廠家規(guī)定，但與實(shí)際的溫度值相比，誤差要在177。內(nèi)部測(cè)量收發(fā)器工作電壓。3%。在這種情況下，只有一個(gè)電壓被監(jiān)控。用16位無(wú)符號(hào)整數(shù)來(lái)表示(O65535)，1LSB等于2uA，整個(gè)范圍是O131mA。l0%。用16位無(wú)符號(hào)整數(shù)來(lái)表示(O65535)，(40～+8．2dBm)。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。當(dāng)發(fā)射器被禁止時(shí)，數(shù)據(jù)是無(wú)效的。用16位無(wú)符號(hào)整數(shù)來(lái)表示(O65535)，(40～+)。根據(jù)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。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)射功率或最大按收光功率，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)。內(nèi)部校準(zhǔn)相當(dāng)于一個(gè)可編程的增益，(以發(fā)射功率校準(zhǔn)為例)。在廠家給定的工作溫度和電壓范圍內(nèi)，校準(zhǔn)是有效的。在線性情況下，需要兩個(gè)常數(shù)，偏置和增益，對(duì)每個(gè)原始數(shù)據(jù)X，校準(zhǔn)值Y=aX+b：非線性情況包含了(n+1)個(gè)因子，n為最高次冪。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。第二個(gè)是輸入到A/D的電壓與校準(zhǔn)值之間的函數(shù)關(guān)系。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。模塊溫度T由下列方程給定： (34)其中為有符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼，的值存儲(chǔ)在A2H地址60H中，占用兩個(gè)字節(jié)，可通過(guò)I2C總線讀?。?T(C)為所對(duì)應(yīng)的實(shí)際溫度值，可通過(guò)溫度計(jì)測(cè)得；和為未知數(shù)，可通過(guò)讀兩組T(C)和值列兩個(gè)方程進(jìn)行求解。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(guò)廠家標(biāo)稱(chēng)值的177。模塊內(nèi)部的供電電壓V，由下式給出，單位是uV： (35)其中為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，其值存儲(chǔ)在A2H地址62H中，占用兩個(gè)字節(jié)，可通過(guò)I2C總線讀?。篤(uV)為所對(duì)應(yīng)的實(shí)際電壓值，可通過(guò)電壓表測(cè)得；和為未知數(shù)，可通過(guò)讀兩組V(uV)和值列兩個(gè)方程進(jìn)行求解。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(guò)廠家標(biāo)稱(chēng)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(kāi)的。發(fā)射部分激光器的偏置電流。這個(gè)結(jié)果以2uA為單位，電流的整個(gè)測(cè)量范圍從0到131mA。10%測(cè)量的耦合TX輸出功率。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。當(dāng)發(fā)射器被禁止時(shí)，數(shù)據(jù)是無(wú)效的。精確度的絕對(duì)值依賴(lài)于精確的光的波長(zhǎng)。3dB。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。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。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。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)。這些由廠家預(yù)先設(shè)置的值允許用戶來(lái)決定何時(shí)某值在收發(fā)器廠家規(guī)定的“標(biāo)稱(chēng)”值之外。當(dāng)采用外部校準(zhǔn)時(shí)，由主機(jī)將數(shù)據(jù)在校準(zhǔn)前或校準(zhǔn)后與報(bào)警和警告門(mén)限值相比。當(dāng)設(shè)置警報(bào)或警告標(biāo)志時(shí)，存儲(chǔ)在報(bào)警和警告門(mén)限區(qū)域內(nèi)的報(bào)警和警告門(mén)限值，可能會(huì)有溫度補(bǔ)償和其它調(diào)整。報(bào)警標(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)，報(bào)警標(biāo)志指明了可能與工作鏈路相關(guān)的情況，并引起立即行動(dòng)?？捎蓮S家來(lái)規(guī)定某種特定的標(biāo)志作為元件壽命終止的指示(如在一個(gè)恒定的功率控制環(huán)路下，比期望的偏置電流高)。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