數(shù)據(jù)通信用光電集成智能化CSFP光模塊

2013-12-05 15:36:44 北極星電力信息化網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

1引言近幾年來，隨著光纖到戶、全光網(wǎng)絡等熱點應用的興起，通信業(yè)正面臨帶寬和速度的雙重挑戰(zhàn)，大容量、高速率和高質(zhì)量的光纖通信已成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。光收發(fā)模塊是光網(wǎng)絡建設的重要組成部分，其核心功

，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中LOS為告警信號，IC為集成芯片，MCU 為微控制器，EEPROM 為電可擦除只讀存儲器，BOSA為光收發(fā)組件。

CSFP完成了兩個傳統(tǒng)的單纖雙向SFP模塊的功能集成，其結(jié)構(gòu)中包含兩路獨立的光發(fā)射接收通道，每路通道由一個PLCBOSA器件負責完成光信號的接收和電信號的發(fā)射，是CSFP模塊的核心部件。

發(fā)射部分由BOSA中的發(fā)射器和三合一芯片中驅(qū)動電路組成，而發(fā)射器主要由激光二極管(LD)及監(jiān)控發(fā)射光功率的背光二極管(PD)組成。驅(qū)動電路的作用在于提供激光器所需的偏置電流和調(diào)制電流，前者用于開啟激光器工作狀態(tài)，后者主要用來將電接口接收到的調(diào)制信號加載到輸出光信號上。目前的驅(qū)動電路一般都具備自動功率控制(APC)功能，可以保證激光器全程發(fā)光功率恒定，其原理是根據(jù)監(jiān)控二極管的背光電流大小來動態(tài)調(diào)節(jié)偏置電流。

接收部分主要包括BOSA中的接收器及三合一芯片中的限幅放大器，其中接收器又由探測器和前置放大器組成。探測器將接收到的光信號通過光電轉(zhuǎn)換變成帶有數(shù)據(jù)信息的微弱電信號，但此時電信號的擺動幅度很大且含有較多噪聲，需要輸入到前置放大器中放大。前置放大器又稱跨阻放大器，具備自動增益控制(AGC)功能，可以大大減小輸出電信號的擺動幅度。最后主放大器完成二級放大功能，將電信號放大到所需的電平范圍后輸出。

微控制器主要對激光器驅(qū)動電路、主放大器及EEPROM進行控制。EEPROM的基本單元主要用于存儲產(chǎn)品型號、串號、生產(chǎn)日期等相關(guān)產(chǎn)品固定信息，而CSFP模塊數(shù)字診斷監(jiān)控(DDM)功能的實現(xiàn)還需要增加用于轉(zhuǎn)換采集信號的轉(zhuǎn)換電路。這些電路用于模塊輸出光功率、輸入光功率、工作電壓、溫度和偏置電流等參數(shù)的實時監(jiān)控和上報。采集電路將這些參數(shù)對應的瞬時電壓值送至轉(zhuǎn)換電路，輸出的數(shù)字信號存儲在EEPROM 的相應單元。

CSFP模塊與上位機系統(tǒng)之間的接口采用I2C總線方式，即時鐘線(SCL)和數(shù)據(jù)線(SDA)的方式，通過金手指實現(xiàn)電接口，完成上位機對光模塊的信息讀寫。MCU 與存儲元件EEPROM 之間的數(shù)據(jù)傳遞是通過SPI總線，即時鐘線、數(shù)據(jù)輸入線和數(shù)據(jù)輸出線的方式。MCU通過I2C總線對兩路通道進行監(jiān)控，一旦檢測到某個通道主要參數(shù)的異常變化，MCU 分別報TX1-Fault或TX2-Fault，表示通道1或通道2出錯。MCU的TX1-Fault和TX2-Fault輸出引腳同時連接到一個或門的輸入端，只有當兩路通道都正常工作時，模塊金手指的TX-Fault引腳才不會向上位機報警。否則，任一路傳輸通道出現(xiàn)異常，模塊發(fā)出報警信號。

4測試與分析

根據(jù)上述工作原理研制出了如圖5所示的兩種CSFP光模塊，工作速率同為1.25Gb/s，工作波長為發(fā)射1310nm和接收1490nm或發(fā)射1490nm和接收1310nm，兩種模塊彼此配對工作，滿足CSFP MSA協(xié)議標準，與傳統(tǒng)SFP模塊封裝完全一致，外接雙LC接口單模光纖，主要應用于1000BASE-BX以太網(wǎng)。

4.1測試方案

CSFP模塊的測試平臺。將待測的CSFP模塊插入一個標準的CSFP測試主板，主板與電源連接并有可選擇的2線接口。測試時先選擇測試第一路或者第二路，選定后把誤碼儀上的數(shù)據(jù)線與測試板的接口相連。一臺串聯(lián)的誤碼儀(BERT)用來產(chǎn)生和接收1.25Gb/s下的PRBS-23數(shù)據(jù)流，通過測試板加載到CSFP模塊上，經(jīng)過模塊后轉(zhuǎn)換成相應的光信號，光信號由高速示波器觀察，然后返回到接收端或連接到一個光衰減器上，光衰減器的輸出連接到CSFP模塊的接收端上。電源為模塊提供3.3V工作電壓，電腦通過串口、并口或USB接口對模塊進行監(jiān)控和讀寫操作。為方便起見，本次主要測試發(fā)送波長1490nm的1.25Gb/s CSFP模塊。

4.2測試數(shù)據(jù)與分析

因為CSFP光模塊具備雙通道傳輸能力，所以在數(shù)據(jù)測試上也相應的體現(xiàn)出來。首先測試時只分別連接單獨一路通路，另一路通路不工作，保持無調(diào)制狀態(tài)，這樣做主要考察單路通路工作的最佳狀態(tài)。

由于兩路通路集成在一塊主板上，并且可以同時雙工工作，因此測試一路時必須考慮到另一路的通信是否會對本路的正常工作造成影響，這是模擬CSFP光模塊正常應用的重要考核。

在實際測試中，除了獲取參數(shù)的具體數(shù)值，還可以通過示波器觀察眼圖對信號傳輸質(zhì)量進行綜合的評價。根據(jù)眼圖的眼形、線條的粗細等可以比較直觀的反應碼間串擾或噪聲影響的程度，為進一步改善傳輸性能提供了參考依據(jù)。

5結(jié)語

采用本方案設計及研制的CSFP光模塊樣品完全符合CSFP MSA標準，性能達到同類產(chǎn)品先進水平，