德州儀器 (TI) 光學模塊10G SFP+整體解決方案

TI 10G光學模塊SFP+整體解決方案是一套完整的解調(diào)演示工作光學收發(fā)器解決方案，主要應(yīng)用于小型插頭（SFP+）。

這種解決方案縮短了客戶設(shè)計時間，從而節(jié)省客戶成本，并且沒有犧牲性能。通過把TI的激光驅(qū)動器ONET1101、限幅放大器ONET8501和強大的MCU MSP430組合到一個SFP+多源協(xié)議標準包中，實現(xiàn)上述目標。另外，文章將為您展示令人信服的設(shè)計文檔和測試結(jié)果。

本應(yīng)用說明為您介紹原理圖、PC板布局、Gerber文件、材料清單（BOM）、固件以及圖形化用戶界面（GUI）；不僅僅為了實現(xiàn)模塊化，同時也用于評估板。本解決方案還介紹了組裝電路板的測試裝置、測試數(shù)據(jù)和典型性能。

1、引言

增強型小型插頭（SFP+）是一種緊湊型、可熱插拔收發(fā)器，用于10G電信和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用。這是一種流行的工業(yè)格式，由許多系統(tǒng)組件廠商聯(lián)合開發(fā)并提供良好支持。外形尺寸和電氣接口均由一個多源協(xié)議（MSA）規(guī)定。

由于擁有完整的激光驅(qū)動器、限幅放大器光學收發(fā)器應(yīng)用產(chǎn)品線，并結(jié)合TI強大的MCU，因此TI能夠為客戶提供一整套SFP+設(shè)計解決方案。我們?yōu)檫@種10G SFP+選擇ONET1101 11.3G激光驅(qū)動器、ONET8501、限幅放大器、MSP430、MCU。

本應(yīng)用說明涉及10km 10G DML基礎(chǔ)SFP+設(shè)計詳細內(nèi)容和測試解決方案：包括模塊端原理圖、PCB布局、固件、BOM、調(diào)試技巧；另外還包括評估板原理圖、PCB布局、GUI、BOM和測試結(jié)果。

2、SFP+模塊圖

SFP+包括一個收發(fā)器（激光驅(qū)動器ONET1101+DML NEC NX8341）、一個接收機（ROSA+限幅放大器ONET8501）和一個控制模塊（MCU MSP430FR5738）。

3、發(fā)送器

發(fā)送器把電信號轉(zhuǎn)換為光信號。

激光驅(qū)動器ONET1101放大輸入信號為調(diào)制信號，并向DML提供偏置DC電流。

ONET1101L是一種高速、3.3V激光驅(qū)動器，用于以2到11.3Gbps數(shù)據(jù)速率直接調(diào)制激光器。

3.1 發(fā)送器原理圖：

ONET1101L擁有一個雙線串行接口，幫助數(shù)字控制調(diào)制，并且具有偏流和交叉點，從而無需外部組件。ONET1101L也有一個集成自動功率控制（APC）環(huán)路，以及支持激光器安全和收發(fā)器管理系統(tǒng)的電路。

利用數(shù)字控制接口功能，ONET1101L讓設(shè)計人員將精力集中于高速路徑和阻抗匹配，以獲得最佳性能。

下列原理圖顯示了典型DML的最佳阻抗結(jié)構(gòu)。

3.2 PCB布局

分布式反饋（DFB）激光器是一種低電阻組件，其一般為7?到10?。

靈活的PCB線纜常常為一個25?單端線路

靈活線纜與TOSA之間互聯(lián)存在反射。

精心布局和阻抗匹配的電路，對獲得更高的性能至關(guān)重要。

這種解決方案有一個演示工作布局，如下所示：

3.3 計算方法

ONET1101L激光二極管驅(qū)動器經(jīng)過優(yōu)化，以驅(qū)動50?差動輸出傳輸阻抗。

低功耗設(shè)計時，它擁有一個500?差動后端接。由于LR DFB TOSA僅有10?阻抗（近似值），因此如果沒有添加傳輸電路反射情況更糟糕。傳輸電路的作用是驅(qū)動負載阻抗從驅(qū)動器端靠近50?。

輸出阻抗：MOD±輸出的差動電阻為：

典型RTOSA約為10?，優(yōu)化后的R1~R4為：

則ZOUT為：

3.4 測試結(jié)果

TOSA：NEC NX8431

VCC=3.12V

ICC=150mA

室溫

10.3G PRBS31

眼圖模板裕量裕量30%

4 接收機

接收機把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

限幅放大器ONET8501PB把轉(zhuǎn)換后的電信號放大為接收機輸出。

ONET8501PB是一種高速、3.3V限幅放大器，用于2到11.3Gbps數(shù)據(jù)速率的多光纖和銅線纜應(yīng)用。

4.1 接收機原理圖

ONET8501PB擁有一個雙線串行接口，允許數(shù)字控制帶寬、輸出振幅、輸出預(yù)加強、輸入閾值電壓（限制電平）和信號置位電平損耗。

也可以利用外部速率選擇引腳，選擇預(yù)定帶寬和LOS聲明電平設(shè)置。

ONET8501PB也擁有約34dB的增益，確保輸入信號的全差動輸出擺動低至20mVp-p。

輸出振幅可調(diào)節(jié)至350mVpp、650mVpp或者850mVpp。

為了對連接至器件輸出的微波傳輸帶或者帶狀線的頻率相關(guān)損耗進行補償，輸出級擁有可編程預(yù)加強。

另外，還有信號檢測和輸出關(guān)閉可設(shè)置損耗。

利用ONET8501PB的數(shù)字控制與高增益特性，設(shè)計人員可以實現(xiàn)高靈敏性能。

4.2 PCB布局

4.3 BER曲線

兩個模塊的測試結(jié)果：

5 固件

MSP430FR5738中運行的固件主要完成如下任務(wù)：

監(jiān)測ADC：溫度、輸入電壓、TX偏置、TX功率、RX功率

監(jiān)測仿真值以確定其是否超出設(shè)置；設(shè)置告警和警告標記。

計算補償值和自動運行消光比例均衡。

作為IIC主機，讀出和控制激光驅(qū)動器，并限制放大器。

作為IIC從機，通過IIC總線與上級控制中心通信，發(fā)送監(jiān)測值、告警與警告值、引腳狀態(tài)、廠商信息以及其它SFP+模塊實時信息，并接收指令和執(zhí)行指令。

5.1 固件主流程圖

5.2 編譯環(huán)境

在IAR IDE環(huán)境下編譯和調(diào)試固件。

5.3 仿