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演示工作光學收發器解決方案，主要應用于小型插頭（SFP+）。

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

本應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、測試數據和典型性能。

1、引言

增強型小型插頭（SFP+）是一種緊湊型、可熱插拔收發器，用于10G電信和數據通信應用。這是一種流行的工業格式，由許多系統組件廠商聯合開發并提供良好支持。外形尺寸和電氣接口均由一個多源協議（MSA）規定。

由于擁有完整的激光驅動器、限幅放大器光學收發器應用產品線，并結合TI強大的MCU，因此TI能夠為客戶提供一整套SFP+設計解決方案。我們為這種10G SFP+選擇ONET1101 11.3G激光驅動器、ONET8501、限幅放大器、MSP430、MCU。

本應用說明涉及10km 10G DML基礎SFP+設計詳細內容和測試解決方案：包括模塊端原理圖、PCB布局、固件、BOM、調試技巧；另外還包括評估板原理圖、PCB布局、GUI、BOM和測試結果。

2、SFP+模塊圖

SFP+包括一個收發器（激光驅動器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、發送器

發送器把電信號轉換為光信號。

激光驅動器ONET1101放大輸入信號為調制信號，并向DML提供偏置DC電流。

ONET1101L是一種高速、3.3V激光驅動器，用于以2到11.3Gbps數據速率直接調制激光器。

3.1 發送器原理圖：

ONET1101L擁有一個雙線串行接口，幫助數字控制調制，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）環路，以及支持激光器安全和收發器管理系統的電路。

利用數字控制接口功能，ONET1101L讓設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的最佳阻抗結構。

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激光二極管驅動器經過優化，以驅動50?差動輸出傳輸阻抗。

低功耗設計時，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動負載阻抗從驅動器端靠近50?。

輸出阻抗：MOD±輸出的差動電阻為：

典型RTOSA約為10?，優化后的R1~R4為：

則ZOUT為：

3.4 測試結果

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

接收機把光信號轉換為電信號。

限幅放大器ONET8501PB把轉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數據速率的多光纖和銅線纜應用。

4.1 接收機原理圖

ONET8501PB擁有一個雙線串行接口，允許數字控制帶寬、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。

輸出振幅可調節至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閉可設置損耗。

利用ONET8501PB的數字控制與高增益特性，設計人員可以實現高靈敏性能。

4.2 PCB布局

4.3 BER曲線

兩個模塊的測試結果：

5 固件

MSP430FR5738中運行的固件主要完成如下任務：

監測ADC：溫度、輸入電壓、TX偏置、TX功率、RX功率

監測仿真值以確定其是否超出設置；設置告警和警告標記。

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，發送監測值、告警與警告值、引腳狀態、廠商信息以及其它SFP+模塊實時信息，并接收指令和執行指令。

5.1 固件主流程圖

5.2 編譯環境

在IAR IDE環境下編譯和調試固件。

5.3 仿