数据通信用光电集成智能化CSFP光模块

2013-12-05 15:36:44 北极星电力信息化网　点击量：评论 (0)

1引言近几年来，随着光纤到户、全光网络等热点应用的兴起，通信业正面临带宽和速度的双重挑战，大容量、高速率和高质量的光纤通信已成为信息产业发展的必然趋势。光收发模块是光网络建设的重要组成部分，其核心功

，其结构如图3所示，其中LOS为告警信号，IC为集成芯片，MCU 为微控制器，EEPROM 为电可擦除只读存储器，BOSA为光收发组件。

CSFP完成了两个传统的单纤双向SFP模块的功能集成，其结构中包含两路独立的光发射接收通道，每路通道由一个PLCBOSA器件负责完成光信号的接收和电信号的发射，是CSFP模块的核心部件。

发射部分由BOSA中的发射器和三合一芯片中驱动电路组成，而发射器主要由激光二极管(LD)及监控发射光功率的背光二极管(PD)组成。驱动电路的作用在于提供激光器所需的偏置电流和调制电流，前者用于开启激光器工作状态，后者主要用来将电接口接收到的调制信号加载到输出光信号上。目前的驱动电路一般都具备自动功率控制(APC)功能，可以保证激光器全程发光功率恒定，其原理是根据监控二极管的背光电流大小来动态调节偏置电流。

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，其中接收器又由探测器和前置放大器组成。探测器将接收到的光信号通过光电转换变成带有数据信息的微弱电信号，但此时电信号的摆动幅度很大且含有较多噪声，需要输入到前置放大器中放大。前置放大器又称跨阻放大器，具备自动增益控制(AGC)功能，可以大大减小输出电信号的摆动幅度。最后主放大器完成二级放大功能，将电信号放大到所需的电平范围后输出。

微控制器主要对激光器驱动电路、主放大器及EEPROM进行控制。EEPROM的基本单元主要用于存储产品型号、串号、生产日期等相关产品固定信息，而CSFP模块数字诊断监控(DDM)功能的实现还需要增加用于转换采集信号的转换电路。这些电路用于模块输出光功率、输入光功率、工作电压、温度和偏置电流等参数的实时监控和上报。采集电路将这些参数对应的瞬时电压值送至转换电路，输出的数字信号存储在EEPROM 的相应单元。

CSFP模块与上位机系统之间的接口采用I2C总线方式，即时钟线(SCL)和数据线(SDA)的方式，通过金手指实现电接口，完成上位机对光模块的信息读写。MCU 与存储元件EEPROM 之间的数据传递是通过SPI总线，即时钟线、数据输入线和数据输出线的方式。MCU通过I2C总线对两路通道进行监控，一旦检测到某个通道主要参数的异常变化，MCU 分别报TX1-Fault或TX2-Fault，表示通道1或通道2出错。MCU的TX1-Fault和TX2-Fault输出引脚同时连接到一个或门的输入端，只有当两路通道都正常工作时，模块金手指的TX-Fault引脚才不会向上位机报警。否则，任一路传输通道出现异常，模块发出报警信号。

4测试与分析

根据上述工作原理研制出了如图5所示的两种CSFP光模块，工作速率同为1.25Gb/s，工作波长为发射1310nm和接收1490nm或发射1490nm和接收1310nm，两种模块彼此配对工作，满足CSFP MSA协议标准，与传统SFP模块封装完全一致，外接双LC接口单模光纤，主要应用于1000BASE-BX以太网。

4.1测试方案

CSFP模块的测试平台。将待测的CSFP模块插入一个标准的CSFP测试主板，主板与电源连接并有可选择的2线接口。测试时先选择测试第一路或者第二路，选定后把误码仪上的数据线与测试板的接口相连。一台串联的误码仪(BERT)用来产生和接收1.25Gb/s下的PRBS-23数据流，通过测试板加载到CSFP模块上，经过模块后转换成相应的光信号，光信号由高速示波器观察，然后返回到接收端或连接到一个光衰减器上，光衰减器的输出连接到CSFP模块的接收端上。电源为模块提供3.3V工作电压，电脑通过串口、并口或USB接口对模块进行监控和读写操作。为方便起见，本次主要测试发送波长1490nm的1.25Gb/s CSFP模块。

4.2测试数据与分析

因为CSFP光模块具备双通道传输能力，所以在数据测试上也相应的体现出来。首先测试时只分别连接单独一路通路，另一路通路不工作，保持无调制状态，这样做主要考察单路通路工作的最佳状态。

由于两路通路集成在一块主板上，并且可以同时双工工作，因此测试一路时必须考虑到另一路的通信是否会对本路的正常工作造成影响，这是模拟CSFP光模块正常应用的重要考核。

在实际测试中，除了获取参数的具体数值，还可以通过示波器观察眼图对信号传输质量进行综合的评价。根据眼图的眼形、线条的粗细等可以比较直观的反应码间串扰或噪声影响的程度，为进一步改善传输性能提供了参考依据。

5结语

采用本方案设计及研制的CSFP光模块样品完全符合CSFP MSA标准，性能达到同类产品先进水平，