摘要
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
l 分布式反饋(DFB)激光器是一種低電阻組件，其一般為7Ω到10Ω。
l 靈活的PCB線纜常常為一個25Ω單端線路
l 靈活線纜與TOSA之間互聯(lián)存在反射。
l 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50Ω差動輸出傳輸阻抗。
低功耗設(shè)計時，它擁有一個500Ω差動后端接。由于LR DFB TOSA僅有10Ω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50Ω。[!--empirenews.page--]
輸出阻抗：MOD±輸出的差動電阻為：
3.4 測試結(jié)果
l TOSA：NEC NX8431
l VCC=3.12V
l ICC=150mA
l 室溫
l 10.3G PRBS31
l 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)：
l 監(jiān)測ADC：溫度、輸入電壓、TX偏置、TX功率、RX功率
l 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。
l 計算補償值和自動運行消光比例均衡。
l 作為IIC主機，讀出和控制激光驅(qū)動器，并限制放大器。
l 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 仿真與調(diào)試
使用與目標電路板連接的TI MSP430FR57xx仿真器，運行仿真，并調(diào)試固件。
[!--empirenews.page--]
6 測試配置
為了評估組裝電路板的性能，本應(yīng)用說明還描述了一個完整的測試配置，包括裝置、固件(評估板)和軟件(GUI)。
6.1 測試裝置
6.2 評估板
這種高速、SFP+主電路板，用于對最高11.3Gbps數(shù)據(jù)速率下工作的SFP+模塊進行評估。
這種主電路板可用于測試SPF+和演示附加功能，以對TI SFP+整體解決方案進行測試、監(jiān)測和編程。
該評估板擁有微帶傳輸線路和SMA連接器，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
通過硬件(以及GUI)提供電源電流監(jiān)測、電壓監(jiān)測和一定的數(shù)字I/O控制/監(jiān)測。
6.3 原理圖
6.4 PCB布局
該評估板的設(shè)計目的是使用單端傳輸線路。
修改PCB層信息，會影響這些傳輸線路的阻抗，從而影響性能。
6.5 GUI
GUI軟件在VC++環(huán)境下開發(fā)，由VC++6.0編譯。
[!--empirenews.page--]
7 參考文獻
1、《光學模塊PCB布局和阻抗匹配設(shè)計的TI SLLA311考慮》，作者：Daniel Long
2、《各種TOSA的TI ONET1101》，作者：Alex Davidson
下載文檔
