SFP+雙收光模塊的設(shè)計(jì)研究

毛 虎

（深圳市利拓光電有限公司，深圳　518173）

在光模塊應(yīng)用的過(guò)程中，可能需要同時(shí)接收來(lái)自兩路不同方向的信號(hào)時(shí)，在現(xiàn)有光模塊中就需要兩個(gè)單收的光模塊來(lái)完成，無(wú)形中增大了產(chǎn)品的體積和功耗及成本。在此基礎(chǔ)上SFP+雙收光模塊就應(yīng)運(yùn)而生，采用本設(shè)計(jì)只需要一個(gè)模塊就能實(shí)現(xiàn)其雙收功能。本設(shè)計(jì)只需要一個(gè)雙收光模塊就能同時(shí)完成兩路不同通道光信號(hào)的接收，可在10G光以太網(wǎng)接口、10G 光纖通道接口、Legacy FDDI multimode links、Other optical links系統(tǒng)中用來(lái)傳輸各種信號(hào)、數(shù)據(jù)等。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)方面模塊結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，節(jié)省主設(shè)備空間，減少功耗，從而達(dá)到降低成本。

1　SFP+光模塊

1.1　常規(guī)SFP+雙纖收發(fā)一體模塊

常規(guī)SFP+雙纖收發(fā)一體模塊發(fā)射和接收相互獨(dú)立，通過(guò)PCB LAYOUT設(shè)計(jì)將兩部分集成在一個(gè)模塊里。即采用一個(gè)TOSA和一個(gè)ROSA、數(shù)字診斷電路、一個(gè)發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路（Laser Driver）和一個(gè)接收限幅放大器（Limiting Amplifier）組成。

1.2　SFP+雙收光模塊

SFP+接收光電轉(zhuǎn)換單元可將輸入模塊的1260～1620nm波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，由限幅放大器與1260～1620nm 波長(zhǎng)的光探測(cè)PD及前置放大器組成。雙收光模塊采用兩個(gè)ROSA（ROSA1，ROSA2）、兩組限幅放大器與數(shù)字診斷電路，通過(guò)PCB LAYOUT設(shè)計(jì)技巧將兩個(gè)光模塊接收電路有機(jī)的集成在一個(gè)光模塊中。實(shí)現(xiàn)方式：光信號(hào)通過(guò)ROSA將光電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)限幅放大器產(chǎn)生差分DATA+與DATA-的數(shù)據(jù)信號(hào)交流耦合輸出。同時(shí)具備無(wú)光告警功能以及數(shù)字診斷功能。無(wú)光告警是指模塊的最小接收光功率檢測(cè)電平的設(shè)置，當(dāng)信號(hào)電平低于設(shè)置的檢測(cè)電平，這時(shí)出現(xiàn)SD指示功能，電平出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，提示用戶此時(shí)輸入的光信號(hào)過(guò)小，無(wú)法正常接收。數(shù)字診斷功能是對(duì)當(dāng)前模塊的工作電壓，溫度，接收光信號(hào)大小有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，能檢測(cè)出這些指標(biāo)當(dāng)前值的大小，也會(huì)設(shè)定這三個(gè)指標(biāo)的工作范圍（即警告與告警），并有相應(yīng)的地址來(lái)顯示這些警告與告警標(biāo)示，正常狀態(tài)為0，如果某一指標(biāo)超過(guò)了設(shè)定的范圍，模塊相應(yīng)的地址位會(huì)置1，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)這些地址位，如果檢測(cè)到有1電平，對(duì)應(yīng)的指示燈會(huì)顯示，用戶就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，這樣能使整個(gè)系統(tǒng)工作更可靠，便于維護(hù)。兩路信號(hào)電路原理圖一樣，但各自獨(dú)立工作，互不干擾。工作原理圖見(jiàn)圖1。

2　SFP+雙收光模塊設(shè)計(jì)

圖1　SFP+雙收光模塊工作原理圖

在10G 以太網(wǎng)與10G 光鏈路系統(tǒng)中，當(dāng)需要接收兩路不同通道光信號(hào)時(shí)，或者一個(gè)模塊要實(shí)現(xiàn)兩路光信號(hào)接收，則可采用雙收光模塊來(lái)完成。從光鏈路中接收到的兩路光數(shù)據(jù)信號(hào)給到雙收光模塊PIN+TIA探測(cè)器，通過(guò)模塊內(nèi)部的光電二極管（PD）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入到前置放大器Preamplifier進(jìn)行放大，前置放大器具備AGC功能（自動(dòng)增益控制），對(duì)小功率輸入光轉(zhuǎn)換后的小幅度電信號(hào)采用大增益的放大倍數(shù)，而對(duì)大功率輸入光轉(zhuǎn)換后的大幅度信號(hào)采用小增益的放大倍數(shù)，從而使其輸出的電信號(hào)幅度波動(dòng)大大小于輸入光信號(hào)功率的波動(dòng)幅度。限幅放大器（Limiting Amplifier）接收經(jīng)前置放大器放大后的信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大，輸出模塊的電數(shù)據(jù)信號(hào)。這樣輸入模塊的光信號(hào)經(jīng)上述光電轉(zhuǎn)換、前置放大器、限幅放大器后、在光模塊的電數(shù)據(jù)輸出端保持恒定的電壓輸出幅度，不會(huì)隨輸入光信號(hào)的大小變化而波動(dòng)，對(duì)輸入光具有告警門限檢測(cè)功能（SD）。同時(shí)具有數(shù)字診斷（DDM）功能，它能實(shí)時(shí)監(jiān)視以下幾個(gè)參量的大?。汗ぷ麟妷?，工作溫度，接收光功率1，接收光功率2。為了防止兩個(gè)不同信號(hào)間的串?dāng)_，在Layout設(shè)計(jì)時(shí)巧妙的采取分地和包地法來(lái)實(shí)現(xiàn)。光電轉(zhuǎn)換原理圖如圖2。

圖2　光電轉(zhuǎn)換原理圖

3　SFP+雙收光模塊管腳定義

3.1　常規(guī)SFP+雙纖光收發(fā)一體模塊管腳定義

常規(guī)SFP+雙纖光收發(fā)一體模塊的管腳定義描述請(qǐng)參考IEEE 802.3ae，其中關(guān)于發(fā)射故障指示（TX Fault）、發(fā)射判斷（TX disable）和接收信號(hào)SD指示（LOS）的描述具體如下：

（1）TX Fault OC門輸出在主板上其被一個(gè)4.7K～10Kohms電阻上拉。上拉電壓在2.0V和VCC+0.3V之間。當(dāng)輸出1電平時(shí)，表示激光器出現(xiàn)故障。當(dāng)輸出為0電平時(shí)表示正常工作。在低狀態(tài)下，輸出被下拉至小于0.8V。

（2）TX disable發(fā)射使能輸入。其被一個(gè)4.7K～10Kohms的電阻上拉。如下：

（3）LOS信號(hào)OC門輸出。其被一個(gè)4.7K～10Kohms的電阻H上拉。上拉電壓在2.0V和Vcc+0.3V之間。當(dāng)輸出1電平時(shí)，表示接收光功率低于最差接收靈敏度。當(dāng)輸出為0電平時(shí)表示正常工作。在低狀態(tài)下，輸出被下拉至小于0.8V。

3.2　SFP+雙收光模塊管腳定義

在SFP+雙纖光收發(fā)一體化模塊的基礎(chǔ)上重新定義了SFP+雙收光模塊管腳，即把SFP+雙纖光收發(fā)一體模塊發(fā)射部分管腳定義成SFP+雙收光模塊的另一路管腳，充分利用現(xiàn)有的SFP+結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路不同通道光信號(hào)接收，即具備雙收功能的光模塊，管腳定義描述詳見(jiàn)表1，其中接收信號(hào)SD指示（LOS）和串行ID雙線串行接口的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線（SDA/SCL）描述具體如下：LOS信號(hào)OC門輸出。其被一個(gè)4.7K～10Kohms的電阻H上拉。上拉電壓在2.0V和Vcc+0.3V之間。當(dāng)輸出1電平時(shí)，表示接收光功率低于最差接收靈敏度。當(dāng)輸出為0電平時(shí)表示正常工作。在低狀態(tài)下，輸出被下拉至小于0.8V。SDA/SCL被一個(gè)4.7K～10Kohms的電阻上拉。上拉電壓在2.0V和VccT之間。

表1　SFP+雙收光模塊管腳定義描述

[1]胡錦濤，孫莉萍，王晶.25 Gbit/s SFP+光收發(fā)合一模塊的技術(shù)方案[J].光通信研究，2017（02）：54-57.

[2]謝婷.10G可調(diào)諧SFP+光模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢郵電科學(xué)研究院，2014.

[3]吳旭.智能SFP光模塊數(shù)字診斷功能的實(shí)現(xiàn)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（信息與管理工程版），2006（11）：156-159.