SFP+双收光模块的设计研究

2018-04-12毛虎

数字通信世界 2018年3期

毛虎

（深圳市利拓光电有限公司，深圳　518173）

在光模块应用的过程中，可能需要同时接收来自两路不同方向的信号时，在现有光模块中就需要两个单收的光模块来完成，无形中增大了产品的体积和功耗及成本。在此基础上SFP+双收光模块就应运而生，采用本设计只需要一个模块就能实现其双收功能。本设计只需要一个双收光模块就能同时完成两路不同通道光信号的接收，可在10G光以太网接口、10G 光纤通道接口、Legacy FDDI multimode links、Other optical links系统中用来传输各种信号、数据等。产品在设计方面模块结构更加简单，节省主设备空间，减少功耗，从而达到降低成本。

1　SFP+光模块

1.1　常规SFP+双纤收发一体模块

常规SFP+双纤收发一体模块发射和接收相互独立，通过PCB LAYOUT设计将两部分集成在一个模块里。即采用一个TOSA和一个ROSA、数字诊断电路、一个发射驱动电路（Laser Driver）和一个接收限幅放大器（Limiting Amplifier）组成。

1.2　SFP+双收光模块

SFP+接收光电转换单元可将输入模块的1260～1620nm波长的光信号转换为数字电信号，由限幅放大器与1260～1620nm 波长的光探测PD及前置放大器组成。双收光模块采用两个ROSA（ROSA1，ROSA2）、两组限幅放大器与数字诊断电路，通过PCB LAYOUT设计技巧将两个光模块接收电路有机的集成在一个光模块中。实现方式：光信号通过ROSA将光电流转换成电压信号，电压信号经限幅放大器产生差分DATA+与DATA-的数据信号交流耦合输出。同时具备无光告警功能以及数字诊断功能。无光告警是指模块的最小接收光功率检测电平的设置，当信号电平低于设置的检测电平，这时出现SD指示功能，电平出现反转，提示用户此时输入的光信号过小，无法正常接收。数字诊断功能是对当前模块的工作电压，温度，接收光信号大小有实时监控功能，能检测出这些指标当前值的大小，也会设定这三个指标的工作范围（即警告与告警），并有相应的地址来显示这些警告与告警标示，正常状态为0，如果某一指标超过了设定的范围，模块相应的地址位会置1，系统会实时检测这些地址位，如果检测到有1电平，对应的指示灯会显示，用户就能对系统进行检查，这样能使整个系统工作更可靠，便于维护。两路信号电路原理图一样，但各自独立工作，互不干扰。工作原理图见图1。

2　SFP+双收光模块设计

图1　SFP+双收光模块工作原理图

在10G 以太网与10G 光链路系统中，当需要接收两路不同通道光信号时，或者一个模块要实现两路光信号接收，则可采用双收光模块来完成。从光链路中接收到的两路光数据信号给到双收光模块PIN+TIA探测器，通过模块内部的光电二极管（PD）转换为电信号，输入到前置放大器Preamplifier进行放大，前置放大器具备AGC功能（自动增益控制），对小功率输入光转换后的小幅度电信号采用大增益的放大倍数，而对大功率输入光转换后的大幅度信号采用小增益的放大倍数，从而使其输出的电信号幅度波动大大小于输入光信号功率的波动幅度。限幅放大器（Limiting Amplifier）接收经前置放大器放大后的信号进行二级放大，输出模块的电数据信号。这样输入模块的光信号经上述光电转换、前置放大器、限幅放大器后、在光模块的电数据输出端保持恒定的电压输出幅度，不会随输入光信号的大小变化而波动，对输入光具有告警门限检测功能（SD）。同时具有数字诊断（DDM）功能，它能实时监视以下几个参量的大小：工作电压，工作温度，接收光功率1，接收光功率2。为了防止两个不同信号间的串扰，在Layout设计时巧妙的采取分地和包地法来实现。光电转换原理图如图2。

图2　光电转换原理图

3　SFP+双收光模块管脚定义

3.1　常规SFP+双纤光收发一体模块管脚定义

常规SFP+双纤光收发一体模块的管脚定义描述请参考IEEE 802.3ae，其中关于发射故障指示（TX Fault）、发射判断（TX disable）和接收信号SD指示（LOS）的描述具体如下：

（1）TX Fault OC门输出在主板上其被一个4.7K～10Kohms电阻上拉。上拉电压在2.0V和VCC+0.3V之间。当输出1电平时，表示激光器出现故障。当输出为0电平时表示正常工作。在低状态下，输出被下拉至小于0.8V。

（2）TX disable发射使能输入。其被一个4.7K～10Kohms的电阻上拉。如下：

（3）LOS信号OC门输出。其被一个4.7K～10Kohms的电阻H上拉。上拉电压在2.0V和Vcc+0.3V之间。当输出1电平时，表示接收光功率低于最差接收灵敏度。当输出为0电平时表示正常工作。在低状态下，输出被下拉至小于0.8V。

3.2　SFP+双收光模块管脚定义

在SFP+双纤光收发一体化模块的基础上重新定义了SFP+双收光模块管脚，即把SFP+双纤光收发一体模块发射部分管脚定义成SFP+双收光模块的另一路管脚，充分利用现有的SFP+结构，来实现两路不同通道光信号接收，即具备双收功能的光模块，管脚定义描述详见表1，其中接收信号SD指示（LOS）和串行ID双线串行接口的数据线、时钟线（SDA/SCL）描述具体如下：LOS信号OC门输出。其被一个4.7K～10Kohms的电阻H上拉。上拉电压在2.0V和Vcc+0.3V之间。当输出1电平时，表示接收光功率低于最差接收灵敏度。当输出为0电平时表示正常工作。在低状态下，输出被下拉至小于0.8V。SDA/SCL被一个4.7K～10Kohms的电阻上拉。上拉电压在2.0V和VccT之间。