10G XFP光模块设计
10G XFP光模块设计
文章介绍了应用于光网络系统的10 Gbit／s XFP(小型化可热插拔)光模块的基本原理以及光收发模块的设计，采用了CDR(时钟数据恢复)、A PC(自动功率控制)、LA(限幅放大器)和发射驱动集成的主芯片GN2010EA，与传统设计相比不仅降低了设计成本，而且降低了设计的复杂度。测试结果表明，该模块在宽的温度范围内能保持稳定的光功率和消光比，并且指标满足ITU—T标准的要求，符合10 Gbit／s 光模块设计要求。
引言
在光纤通信系统中，实现光／电／光转换功能的光收发模块占有十分重要的地位。高速率(40、100 Gbit／s)技术已经成为各大运营商关注的焦点，但10 Gbit／s技术仍然是当前通信系统的主流技术，基于标准化的密集波分光通信模块成为其必不可少的一部分，10 Gbit／s XFP(ds型化可热插拔)光模块以其价格低、体积小和应用环境广泛等优点，已经成为10 Gbit／s光模块的主流产品。
本文将介绍兼容40和80 km 的10 Gbit／sXFP光模块的基本原理、低成本的设计方案，以及相关的测试(验证方案的可行性)。这种设计采用CDR(时钟数据恢复)、APC(自动功率控制)、LA(限幅放大器)和驱动器集成的主芯片GN2010EA，减少了器件的数量，降低了制作工艺难度，达到了低成本的目的。
1 10 Gbit／s XFP光模块的设计
1．1 模块功能框图
图1所示为10 Gbit／s XFP光模块的基本结构框图。模块的发射端(包括光发送子系统、主芯片、温控电路以及控制电路)采用输入均衡器、多速率CDR、EML(电吸收调制激光器)驱动器和APC集成的芯片驱动激光器实现电／光转换。接收端(包括光接收子系统、主芯片以及控制电路)则采用APD(雪崩光电二极管)将探测到的光信号转换成电信号放大整形后输出。模块中采用单片机控制发射驱动芯片，实现数字诊断功能。
1．2 发射部分
发射电信号由主芯片GN2010EA 的TXDIP脚和TXDIN脚进入，经过主芯片发射部分的均衡器、CDR和EML驱动器，再由TXDOP脚和TXDON脚输出，进入TOSA(光发送子系统)进行电信号到光信号的转换。内部APC电路控制激光器的偏置电流，由IBIAS脚输出到TOSA，控制TOSA 的光功率。
主芯片内部APC电路有两种方式对激光器偏置电流进行设置：(1)设置寄存器APC—REG5的第二位APCOVR，将APC环路旁路掉，这样可以直接通过寄存器设置IBIAS脚输出的电流值。(2)使用APC 环路形成一个闭环负反馈，将设置电压值与VPHOTO脚反馈的电压值(VPHOTO脚的电压与发射光功率成比例关系)进行比较，最后使得VPHOTO脚反馈的电压值稳定在设定值，即使发射光功率稳定在设定值。
1．3 接收部分
传输距离不同时，所采用的光电探测器不同，接收端的设计电路也有所不同。短距离传输时采用PIN(光电二极管)光电探测器，长距离传输时采用APD光电探测器。
当使用APD ROSAl3 (光接收子系统)时，Th脚通过一个20 kQ的电阻接3．3 V参考电源，热敏电阻的电压值送到控制电路微处理器的ADC口对APD进行温度补偿；DAC脚接MCU(微控制单元)的DAC 口，进行交叉水平调节；Vapd脚接升压电路；其他接口与使用PIN ROSA时的接法一样。使用PIN ROSA 时，Th脚接地；DAC脚接外部电阻，将电流转换为电压给MCU 的ADC 口，对PIN进行电流监控，此时不接升压电路；Vapd脚接地；其他接口与使用APD ROSA时的接法一样。
1．4 监控部分
监控功能主要由MCU 来完成，本设计中采用ADUC7020。根据XFP协议SFF INF 8077i第四章定义的2线接口协议，可以通过总线实现对特别寄存器的读写。XFP光模块的监控量主要有TO—SA 温度、TEC(温度控制电路)电流、发射端偏置电流、调制电流、接收光功率和接收丢失告警等。
1．5 电源部分
XFP模块由外部的两路电源进行供电，这两路电源分别为5和3．3 V。模块内部对这两路电源按用途进行了细分。模块上电时，按照一定顺序给电路中的各个部分加电，以保护模块在热插拔的时候不会受到损伤。
2 测试结果
10 Gbit／s XFP光模块的主要测试指标包括发射光眼图、发射光功率、消光比和接收灵敏度，具体测试如下。
(1)发射指标的测试
不同温度下测试得到的发射光眼图如图2所示，发射指标见表1。
测试结果显示，发射眼图的质量满足ITU—TG。691标准中模板的要求，发射光功率和消光比均满足标准的规定，并且在全温范围内指标变化较小。
(2)接收灵敏度的测试
在速率为10 Gbit／s、PRBS31(伪随机序列)阶码、误码率为1．0E一12的条件下对两只模块在不同温度下进行接收端灵敏度测试，结果如表2所示。
ITU—T G．691标准要求在误码率为1．0E一12的条件下灵敏度< 一25 dBm，由表2可见，测试结果满足标准要求。
(3)DP(色散代价)的测试
在速率为10 Gbit／s、全温常压的条件下，对40 km光模块不带纤和带纤、误码率为1．oE一12时的灵敏度进行了测试，得到DP结果如表3所示。
ITu—T G．691标准要求，对于高色散系统，允许的最大通道代价为2 dB，测试结果表明，该参数符合标准要求。
3 结束语
本文从总体上介绍了10 Gbit／s XFP光模块的设计，着重介绍了光模块关键部分的实现方式，测试结果显示设计的模块满足标准要求。本设计采用CDR、发射驱动和接收LA集成的主芯片，不仅在传统设计的基础上降低了芯片成本，而且大大降低了布板布局复杂度，这一设计将会逐步取代传统的设计，成为10 Gbit／s XFP光模块的主流设计方案。
总线的接口电路设计
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2008年10月第10期电子测试 EL ECTRONIC TEST Oct.2008No.10 数字信号光耦合器应用电路设计 田德恒 (莱芜职业技术学院信息工程系 莱芜 271100) 摘 要:较强的输入信号可直接驱动光耦的发光二极管,较弱的则需放大后才能驱动光耦。在光耦光敏三极管的集电极或发射极直接接负载电阻即可满足较小的负载要求;在光耦光敏三极管的发射极加三极管放大驱动,通过两只光电耦合器构成的推挽式电路以及通过增加光敏三极管基极正反馈,既达到较强的负载能力,提高了功率接口的抗干扰能力,克服了光耦的输出功率不足的缺点,又提高光耦的开关速度,克服了由于光耦自身存在的分布电容,对传输速度造成影响。最后给出了光耦合器在数字电路中应用示例。关键词:数字信号;光电耦合器;输入电路;输出电路中图分类号:TP211 文献标识码:B Applied circuit design of optoelect ronic coupler to t he digital signal Tian Deheng (Dept of Information Engineering ,Lai Wu Vocational College ,Laiwu 271100,China ) Abstract :The light 2emitting diode of optocoupler can be directly drived by stro nger inp ut sig 2nals ,t he weaker t he inp ut signal can be enlarged before driving optocoupler.Connecting direct 2ly load resistance wit h t he collector or emitter of p hotot ransistor to meet smaller load require 2ment s ;drover by t he amplifier triode on t he emitter of p hotot ransistor ,p ush 2p ull circuit s con 2sisting of two optocoupler as well as positive feedback added to base of t he p hotot ransistor not o nly achieve st rong load capacity and enhance t he power of t he interface anti 2jamming capabili 2ty ,but also overcome t he shortcomings of t he scant outp ut power ,increase t he switching speed ,overcome effect on t he speed of t he t ransmission due to t he distribution of capacitance.Finally ,t he application example of t he optocoupler in t he digital circuit is given.K eyw ords :digital signal ;optoelect ronic coupler ;inp ut circuit ;outp ut circuit 0 引 言 光电耦合器是一种把发光元件和光敏元件封 装在同一壳体内,中间通过“电2光2电”转换来传输 电信号的半导体光电子器件。光耦合器的主要优点是单向传输信号,输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长,传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电
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摘要主要介绍了TI公司的新型的16位超低功耗Flash型h6N30F44X系列单片机的结构、特性和功能及液晶显示器LCD的发光原理和类型，讨论了该系列单片机与ILD及键盘的人机接口电路的设计方案和相应的软件的实现方法，最后给出它在体内电刺激器的应用实例。 关键词单片机；MSP430；LCD；人机交互接口 1引言 在当今的各种实时自动控制和智能化仪器仪表中，人机交互是不可缺少的一部分。一般而言，人机交互是由系统配置的外部设备来完成，但其实现方式有两种：一种是由MCU力口驱动芯片实现，如键盘显示控制芯片SK5279A，串行数据传输数码显示驱动芯片MAX7219等等，这时显然MCU没有LCD的驱动功能。另一种就是MCU本身具有驱动功能，它通过数据总线与控制信号直接采用存储器访问形式或I／O设备访问形式控制键盘和LCD实现人机对话。这里的MCU主要有世界各大单片机生产厂商开发的各种单片机，其中TI公司的MSP430系列因其许多独特的特性引起许多研究人员的特别关注，在国内外的发展应用正逐步走向成熟。 2LCD简介 LCD(Liquid Crystal Display)，即液晶显示器。液晶显示是通过环境光来显示信息的，它本身并不发光，因而功耗很低，只要求液晶周围有足够的光强。LCD是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管(CRT／C athode Ray Tube)显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生。LCD由于具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以 及影像稳定不闪烁等优势，逐渐占据显示的主流地位。 LCD的类型，根据其分类方式的不同而不同。如根据LCD显示内容的不同可以分为段式LCD和点阵L CD。根据LCD驱动方式的不同可以分为静态驱动和多路驱动。 3MSP430F44X简介 MSP430F44X系列是TI公司最新推出的具有超低功耗特性的Flash型16位RISC指令集单片机[2]。该系列单片机性价比相当高，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优势。它主要应用在各种要求极低功率消耗的场合，特别适合用于智能测量仪器、各种医疗器械、智能化家用电器和电池供电便携设备产品之中。 3.1系统结构 MSP430F44X的系统结构，主要包括：CPU、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、FLL+时钟系统(片内DCO+晶体振荡器)、看门狗定时器／通用目的定时器(WatchDog)、ADCl2(12位A／D)、比较器A(精确的模拟比较器，常用于斜边(Slope)A／D转换)、复位电压控制／电源电压管理、基本定时器(Basic Timerl)、定时器(Timer-a和Timer-B)、LCD控制器/比较器(多达160段)、硬件乘法器、I/O口和串行口[4]。系列中各种具体的型号稍有差别。在本次设计中，具体选择MSP430F449作为人机接口电路的设计具有许多独到的优势。这一点，读者可以根据TI公司相关的数据手册进行比较。 3.2片内外模块特性 MSP430F44X具有丰富的片内外围模块，其明显的特点是：具有48条I／0口线的6个并行口P1-P6，其中P1、p2具有中断能力，同时具有2个可用于UART/SPI模式选择的串行口(USART0和USARTl)；内含12位的A／D转换器ADCl2，快速执行8×8、8×16、16×16乘法操作并立即得到结果的硬件乘法器；多达160段的LCD控制器／比较器，可以实现多种方式的驱动显示；可以实现UART、PWM、斜坡ADC 的16位Timer-A和16位Timer-B；非常灵活的时钟系统，既可用32768Hz的钟表晶振产生低频时钟，也可以用450kHz-8MHz的晶体产生高频时钟，同时还可以使用外部时钟源或者用不同控制频率的DCO；多达几十kB的Flash空间，这样数据既可以保存在片内的Flash信息存储器，也可保存在程序的Hash中的剩余空间。 4接口电路设计 4.1接口电路简图及说明 典型应用电路示意图。在该图中，LCD类型和键盘种类及数目的选择、下拉电阻的数值大小都必须认真
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电路设计中必须掌握的7个常用接口知识 我们知道，在电路系统的各个子模块进行数据交换时可能会存在一些问题导致信号无法正常、高质量地“流通”，例如有时电路子模块各自的工作时序有偏差（如CPU与外设）或者各自的信号类型不一致（如传感器检测光信号）等，这时我们应该考虑通过相应的接口方式来很好地处理这个问题。 下面就电路设计中7个常用的接口类型的关键点进行说明一下： （1）TTL电平接口： 这个接口类型基本是老生常谈的吧，从上大学学习模拟电路、数字电路开始，对于一般的电路设计，TTL电平接口基本就脱不了“干系”！它的速度一般限制在30MHz以内，这是由于BJT的输入端存在几个pF的输入电容的缘故（构成一个LPF），输入信号超过一定频率的话，信号就将“丢失”。它的驱动能力一般最大为几十个毫安。正常工作的信号电压一般较高，要是把它和信号电压较低的ECL电路接近时会产生比较明显的串扰问题。 （2）CMOS电平接口： 我们对它也不陌生，也是经常和它打交道了，一些关于CMOS的半导体特性在这里就不必啰嗦了。许多人都知道的是，正常情况下CMOS的功耗和抗干扰能力远优于TTL。但是！鲜为人知的是，在高转换频率时，CMOS系列实际上却比TTL消耗更多的功率，至于为什么是这样，请去问半导体物理理论吧。由于CMOS的工作电压目前已经可以很小了，有的FPGA 内核工作电压甚至接近1.5V，这样就使得电平之间的噪声容限比TTL小了很多，因此更加加重了由于电压波动而引发的信号判断错误。众所周知，CMOS电路的输入阻抗是很高的，因此，它的耦合电容容量可以很小，而不需要使用大的电解电容器了。由于CMOS电路通常驱动能力较弱，所以必须先进行TTL转换后再驱动ECL电路。此外，设计CMOS接口电路时，要注意避免容性负载过重，否则的话会使得上升时间变慢，而且驱动器件的功耗也将增加（因为容性负载并不耗费功率）。 （3）ECL电平接口： 这可是计算机系统内部的老朋友啊！因为它的速度“跑”得够快，甚至可以跑到几百MHz！这是由于ECL内部的BJT在导通时并没有处于饱和状态，这样就可以减少BJT的导通和截止时间，工作速度自然也就可以提上去了。But，这是要付出代价的！它的致命伤：功耗较大！它引发的EMI问题也就值得考虑了，抗干扰能力也就好不到哪去了，要是谁能够折中好这两点因素的话，那么他（她）就该发大财了。还有要注意的是，一般ECL集成电路是需要负电源供电的，也就是说它的输出电压为负值，这时就需要专门的电平移动电路了。 （4）RS-232电平接口： 玩电子技术的基本没有谁不知道它的了（除非他或她只是电子技术专业的“门外汉”）。它是低速串行通信接口标准，要注意的是，它的电平标准有点“反常”：高电平为-12V，而低电平为+12V。So，当我们试图通过计算机与外设进行通信时，一个电平转换芯片MAX232自然是少不了的了。但是我们得清醒地意识到它的一些缺点，例如数据传输速度还是比较慢、传输距离也较短等。 （5）差分平衡电平接口： 它是用一对接线端A和B的相对输出电压（uA-uB）来表示信号的，一般情况下，这个差分信号会在信号传输时经过一个复杂的噪声环境，导致两根线上都产生基本上相同数量的噪声，而在接收端将会把噪声的能量给抵消掉，因此它能够实现较远距离、较高速率的传输。工业上常用的RS-485接口采用的就是差分传输方式，它具有很好的抗共模干扰能力。 （6）光隔离接口： 光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的，它的“好处”就是能够实现电气隔
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JTAG接口电路设计与应用 Design and application of JTAG interface circuit 温国忠 （深圳职业技术学院 电子与信息工程学院，广东 深圳 518055） 摘 要：目前通讯电子产品的芯片、单板、系统的复杂度不断提高，物理尺寸却在不断缩小，JTAG电路的设计也随之成为关系到单板可测性、稳定性和可靠性的重要因素。 JTAG测试接口在集成电路工作时，可以控制管脚的状态，由于应用系统的干扰，可能使JTAG测试口出现错误操作，从而影响芯片及其管脚的工作状态，造成芯片不能正常工作，给产品的可靠运行带来隐患。因此，很有必要对JTAG接口电路设计进行探讨，找到一种更合理的JTAG接口电路设计。 关键词：JTAG；菊花链；DFT；IEEE-1149.1 中图法分类号；TN407 文献标识码：B 1引言 由于EDA技术的广泛应用，微电子技术的迅猛发展，组装工艺的不断更新，使得通讯电子产品，芯片、单板、系统的复杂度不断提高，物理尺寸却在不断缩小。随之而来的就是测试问题的复杂化，测试的成本，周期都在急剧增加。在这种情况下，只是使用探针、针床等传统测试设备已经无法进行有效的测试。而且它所带来的后果就是开发电子系统时的测试成本不断上升，测试周期加长，但仍然有不可测的情况存在。针对这种情况，电子测试的研究方向随之发展到了研究在电子系统甚至芯片设计时就考虑系统测试问题的新兴设计方法——DFT[1]。而边界扫描就是一种重要的有效的测试方法，它的广泛应用对降低测试难度，提供测试质量，提高产品故障定位能力等各方面都有重大意义。 2 JTAG测试 JTAG，它是Joint Test Action Group缩写，是IEEE的标准规范，由IEEE-1149.1标准规定的边界扫描是测试PCB板上IC之间互连的综合测试方法[2]。通过这个标准，可对具有JTAG接口的芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测。边界扫描测试的基本思想是：在靠近器件的每一个输入/输出（I/O）管脚处，增加一个移位寄存器单元和锁存器单元。在测试期间，这些寄存器单元用于控制输入管脚的状态，并读出输出管脚的状态。在正常工作期间，这些附加的移位寄存器单元不影响电路的工作。 2．1 JTAG测试口 符合IEEE STD 1149.1的JTAG测试口，是芯片制造商为开发者预留的在线仿真口，同时也是边界扫描测试技术的一种应用。 IEEE 1149.1标准将边界扫描测试的硬件单元分成四类：测试存取通道（TAP）、TAP控制器、指令寄存器（IR）、测试数据寄存器（TDR）。JTAG边界扫描是在TAP（测试访问端口）控制器和指令寄存器的控制作用下实现测试功能[3]。其中，TAP控制器是一个16态的状态机，根据TMS的不同输入来控制整个扫描系统中扫描寄存器的移位、捕获、更新操作，而指令寄存器则是根据TDI的不同输入来确定选中不同的测试数据寄存器进入扫描链进行测试扫描操作。其中测试存取通道TAP即是能完成边界扫描测试的五个专用引出管脚，即： （1）测试时钟输入线（TCK） （2）测试模式选择输入线（TMS）
传感器接口电路的设计
传感器接口电路的设计 一，温度传感器 1，关于热敏电阻： 我们选用的是负温度系数热敏电阻，型号为：NTC-MF53AT，额定零功率电阻值即25度时5K，精度：5％，B值:3470。随温度上升电阻呈指数关系减小。 电阻值和温度变化的关系式为： RT = RN expB(1/T – 1/TN) ① RT ：在温度T （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。 RN ：在额定温度TN （K ）时的NTC 热敏电阻阻值。 T ：规定温度（K ）。 TN：额定温度（K） B ：NT C 热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。（*它是一个 描述热敏电阻材料物理特性的参数，也是热灵敏度指标， B值越大，表示热敏电阻器的灵敏度越高。*）exp：以自然数e 为底的指数（e = 2.71828 …） 我们可看出，式①中其他变量已基本确定（在实际工作时，B值并非一个常数，而是随温度的升高略有增加），RT和T直接存在一对一的关系，我们可以将温度的测量转换为电阻阻值的测量。 2，测量电路及分析：
Rr为电位器 RT为温敏电阻 上方两电阻均为10K V o=(0.5-RT/(Rr+RT))V f ② 3，实验过程 A，测量室温时RT=8.2K B，连接电路，如图3，输入4V电压，V o连上万用表。 C，调节Rr，使V o=0，此时Rr=RT=8.2K D，用电烙铁靠近温敏电阻，观察V o的值 E，最后拆开电路，再次测量温敏电阻的值为2.3K 4，实验结果 我们发现，当电烙铁靠近温敏电阻时，电压增大，我们可知，温度升高时，电阻减小，电压由0增大。所以，电压随温度的变化而变化。将每个电压带人②式，即可得到RT，再将RT带入①式即可测出大概的温度。 二，光敏二极管 1，关于光敏二极管 光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。和普通二极管相比，它的核心部分也是一个PN结，在结构上不同，为了便于接
CAN接口电路设计
CAN接口电路设计 系统各模块硬件设计完成后需考虑模块间相互通信的实现。由于整体系统采用CAN总线进行作为通信网络，基于各模块通信的稳定性和同一性考虑，统一的CAN接口电路设计成为必要。 针对不带有CAN通信接口的芯片来讲，CAN总线接口电路由CAN总线控制电路和CAN总线收发电路两部分组成。CAN总线控制器用来完成总线协议的数据链路层和物理层的功能，如对报文的装配与拆分、对接收信息进行过滤和较验等。应用层功能可由各模块内的微控制器完成。CAN收发器提供CAN控制器与物理总线之间的接口，在两条有差动电压的总线CANL和CANH上传输数据，可以提高CAN总线的可靠性和驱动能力[i]。 由于系统模块采用了STM32F103R8T6和STM32F103C6T6芯片，这两款微控制器均自带CAN通信接口，只需连接CAN总线收发电路即可接入总线。为了避免芯片内的CAN控制模块和CAN收发电路的电气不一致造成电气隔离给通信带来麻烦，模块在芯片和CAN收发电路之间添加了CAN总线隔离电路。 图3-23模块总线接口电路 如图3-23所示，各模块总线接口电路由采用ADUM1201隔离芯片设计CAN 总线隔离电路和TJA1040收发器设计CAN总线收发电路组成。 传统的CAN总线控制采用光耦合器技术，使用光束来隔离和保护检测电路以及在高压和低压电器环境之间提供一个安全接口。ADUM1201隔离芯片采用了iCoupler技术取消了光电耦合器中的光电转换，采用iCoupler变压器技术集成变压器驱动和接收电路。与传统CAN总线控制相比，采用ADUM1201隔离芯片设计的CAN总线控制电路功耗低，数据传输速率高，时序精度高个瞬态共模抑制力优，信号传输方向灵活，硬件电路简单[ii]。
CAN总线运用于接口电路设计
CAN总线技术运用于接口电路设计注意事项（图） 2011-08-17 14:24:17 来源:互联网 关键字：CAN总线技术接口电路 CAN 总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，以其高性能和高可靠性在自动控制领域得到了广泛的应用。为提高系统的驱动能力，增大通信距离，实际应用中多采用Philips公司的82C250作为CAN控制器与物理总线间的接口，即CAN收发器，以增强对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。为进一步增强抗干扰能力，往往在CAN 控制器与收发器之间设置光电隔离电路。典型的CAN总线接口电路原理如图1所示。 图1 典型的CAN总线接口电路原理图 1 接口电路设计中的关键问题 1.1 光电隔离电路 光电隔离电路虽然能增强系统的抗干扰能力，但也会增加CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，导致通信速率或距离减少。82C250等型号的CAN收发器本身具备瞬间抗干扰、降低射频干扰(RFI)以及实现热防护的能力，其具有的电流限制电路还提供了对总线的进一步保护功能。因此，如果现场传输距离近、电磁干扰小，可以不采用光电隔离，以使系统达到最大的通信速率或距离，并且可以简化接口电路。如果现场环境需要光电隔离，应选用高速光电隔离器件，以减少CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，如高速光电耦合器6N137，传输延迟时间短，典型值仅为48 ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。 1.2 电源隔离 光电隔离器件两侧所用电源Vdd与Vcc必须完全隔离，否则，光电隔离将失去应有的作用。电源的隔离可通过小功率DC/DC电源隔离模块实现，如外形尺寸为DIP-14标准脚位的5 V 双路隔离输出的小功率DC/DC模块。 1.3 上拉电阻
10Gb XFP光模块的电路板设计
10Gb XFP光模块的电路板设计 技术分类：通信 | 2003-09-12 作者：Lawrence Williams，Steve Rousselle，Bryan Boots；Ansoft 公司 形状紧凑、可以热插拔和数据不可知的XFP模块，不仅可以实现10Gbps的传输速率，而且其造型新颖，形状因素灵活多变，便于安装。 XFP MSA（10Gb小形状因数可插拔多源协议）组织定义了用于数据通信和电信的10Gbps 串行收发器，该组织由数据通信行业和电信行业中处于领先地位的网络公司、系统公 司、光模块公司、半导体公司以及连接器公司组成（参考文献1）。于2001年创办该组织的成员公司有Broadcom公司、Brocade公司、Emulex公司、Finisar公司、JDS Uniphase 公司、Maxim Integrated Products公司、ONI Systems公司、ICS公司（住友电气的一家公司）、Tyco Electronics公司和Velio公司。目前，已经有60多家专门从事光学、集成电路 (IC) 和系统实施的公司做为捐助者和采纳者加入了XFP MSA。 XFP模块是一种可热插拔的、占电路板面积很小的、串行－串行光收发器，可以支持SONET OC-192、10 Gbps 以太网、10 Gbps 光纤通道和G.709链路。典型的XFP模块应用部件包括XFP模块、主板装配罩和散热器（图1）。模块尺寸为78×18.4×8.5 mm。 图1 典型主板上的XFP模块应用部件包括装配罩和散热器。 图2 XFP应用部件的端到端电气通道包括一块收发器电路板、一个可插拔连接器、一块主板和一个BGA封装。
CAN总线接口电路设计注意事项(精)
CAN总线接口电路设计注意事项收藏 CAN 总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络,以其高性能和高可靠性在自动控制领域得到了广泛的应用。为提高系统的驱动能力,增大通信距离,实际应用中多采用Philips公司的82C250作为CAN控制器与物理总线间的接口,即CAN收发器,以增强对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。为进一步增强抗干扰能力,往往在CAN 控制器与收发器之间设置光电隔离电路。典型的CAN总线接口电路原理如图1所示。 图1 典型的CAN总线接口电路原理图 1 接口电路设计中的关键问题 1.1 光电隔离电路 光电隔离电路虽然能增强系统的抗干扰能力,但也会增加CAN总线有效回路信号的传输延迟时间,导致通信速率或距离减少。 82C250等型号的CAN收发器本身具备瞬间抗干扰、降低射频干扰(RFI以及实现热防护的能力,其具有的电流限制电路还提供了对总线的进一步保护功能。因此,如果现场传输距离近、电磁干扰小,可以不采用光电隔离,以使系统达到最大的通信速率或距离,并且可以简化接口电路。如果现场环境需要光电隔离,应选用高速光电隔离器件,以减少CAN总线有效回路信号的传输延迟时间,如高速光电耦合器 6N137,传输延迟时间短,典型值仅为48 ns,已接近TTL电路传输延迟时间的水平。
1.2 电源隔离 光电隔离器件两侧所用电源Vdd与Vcc必须完全隔离,否则,光电隔离将失去应有的作用。电源的隔离可通过小功率DC/DC电源隔离模块实现,如外形尺寸为DIP-14标准脚位的5 V 双路隔离输出的小功率DC/DC模块。 1.3 上拉电阻 图1中的CAN收发器82C250的发送数据输入端TXD与光电耦合器6N137的输出端OUT相连,注意TXD必须同时接上拉电阻R3。一方面,R3保证6N137中的光敏三极管导通时输出低电平,截止时输出高电平;另一方面,这也是CAN 总线的要求。具体而言, 82C250的TXD端的状态决定着高、低电平CAN 电压输入/输出端CANH、CANL的状态(见表1。CAN总线规定,总线在空闲期间应呈隐性,即CAN 网络中节点的缺省状态是隐性,这要求82C25O的TXD端的缺省状态为逻辑1(高电平。为此,必须通过R3确保在不发送数据或出现异常情况时,TXD端的状态为逻辑1(高电平。 表1 TXD与CANH、CANL的关系表 TXD CANH电CANL电CAN总 状态平(V 平(V 线状态 1 2.5 2.5 隐性(逻辑1 0 3.5 1.5 显性(逻辑0 1.4 总线阻抗匹配 CAN总线的末端必须连接2个120Ω的电阻,它们对总线阻抗匹配有着重要的作用,不可省略。否则,将大大降低总线数据通信时的可靠性和抗干扰性,甚至有可能导致无法通信。
光模块知识(详细)
光模块知识 ——转载自通信人家园光模块的发展简述 光模块分类 按封装：1*9 、GBIC、SFF、SFP、XFP、SFP+、X2、XENPARK、300pin等。 按速率：155M、622M、1.25G、2.5G、4.25G、10G、40G等。 按波长：常规波长、CWDM、DWDM等。 按模式：单模光纤（黄色）、多模光纤（橘红色）。 按使用性：热插拔（GBIC、SFP、XFP、XENPAK）和非热插拔（1*9、SFF）。 封装形式
光模块基本原理 光收发一体模块（Optical Transceiver)
光收发一体模块是光通信的核心器件，完成对光信号的光-电/电-光转换。由两部分组成：接收部分和发射部分。接收部分实现光-电变换，发射部分实现电-光变换。 发射部分： 输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路(APC)，使输出的光信号功率保持稳定。 接收部分： 一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。
光模块内部结构 光模块的主要参数 1. 传输速率 传输速率指每秒传输比特数，单位Mb/s 或Gb/s。主要速率：百兆、千兆、2.5G、4.25G 和万兆。 2.传输距离
光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km 及以下的为短距离，10～20km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距离。 ■光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。 注意： 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。 色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。 因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传输距离要求。 3.中心波长 中心波长指光信号传输所使用的光波段。目前常用的光模块的中心波长主要有三种：850nm 波段、1310nm 波段以及1550nm 波段。 850nm 波段：多用于≤2km短距离传输 1310nm 和1550nm 波段：多用于中长距离传输，2km以上的传输。 光纤类型 1. 光纤模式（Fiber Mode） 按光在光纤中的传输模式可将光纤分为单模光纤和多模光纤两种。 多模光纤(MMF，Multi Mode Fiber)，纤芯较粗，可传多种模式的光。但其模间色散较大，且随传输距离的增加模间色散情况会逐渐加重。多模光纤的传输距离还与其传输速率、芯径、模式带宽有关，具体关系请参见下表。
光模块简介
光模块简介 光纤： 光纤作为光通信的传播媒介，分为多模光纤和单模光纤。 多模光纤（橘红色）的纤芯直径为50um~62.5um，包层外直径125um，适用于短距离传输（2KM-5KM)； 单模光纤（黄色）的纤芯直径为8.3um，包层外直径125um，多用于中长距离传输（20KM-120KM）。 光纤通信的主要优点：大容量，损耗低，中继距离长，保密性强，体积小，重量轻，光纤的原材料取之不竭。 缺点：易折断，连接困难，怕弯曲。 目前常规通用的光模块主要包括：光发送器，光接收器，Transceiver（光收发一体模块）以及Transponder（光转发器）。 光收发一体模块 Transceiver的主要功能是实现光电/电光变换，包括光功率控制、调制发送，信号探测、IV转换以及限幅放大判决再生功能，此外还有些防伪信息查询、TX-disable等功能，常见的有：SIP9、SFF、SFP、GBIC、XFP等。 光转发器 Transponder除了具有光电变换功能外，还集成了很多的信号处理功能，如：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及监控等功能。常见的Transponder有：200/300pin，XENPAK，以及X2/XPAK等。 传输距离 光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km及以下的为短距离，10～20km的为中距离，30km、40km及以上的为长距离。 光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。 色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。 损耗和色散：损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。这两个参数主要影响光模块的传输距离，在实际应用过程中，1310nm光模块一般按0.35dBm/km计算链路损耗，1550nm光模块一般按0.20dBm/km计算链路损耗，色散值的计算非常复杂，一般只作参考。 因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传输距离要求。 中心波长 中心波长指光信号传输所使用的光波段。目前常用的光模块的中心波长主要有三种：850nm波段、1310nm波段以及1550nm波段。 850nm波段：多用于短距离传输；
光模块驱动电路原理与核心电路设计
摘要：本文描述了激光器及其驱动、APC及消光比温度补偿电路原理与光模块核心电路设计技术，并简单介绍了半导体激光器的基本结构类型和各自应用特性，着重论述了激光器驱动电路、APC电路、消光比温度补偿电路原理与应用技术，对激光器调制输出接口电路信号与系统也进行了详细的分析计算。 关键词：半导体激光器，驱动，调制电路，APC，温度补偿，阻抗匹配，信号分析，系统 1. 引言 随着全球信息化的高速发展，人们的工作、学习和生活越来越离不开承载着大量信息的网络，对网络带宽的要求还在不断提高，光载波拥有无比巨大的通信容量，预计光通信的容量可以达到40Tb/s，并且和其他通信手段相比，具有无与伦比的优越性，未来有线传输一定会更多的采用光纤进行信息传递。近几年以来，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD正在不断的发展，光接点离我们越来越近。在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。LED和LD的驱动电路有很大的区别，常用的半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL三种。WTD光模块通常所用发射光器件为FP和DFB激光器。
2. 半导体激光器 半导体激光器作为常用的光发射器件，其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便，且大部分激光器无需制冷，是光纤通信系统理想的光源。激光器有两种基本结构类型：（1）边缘发射激光器，有FP（Fabry-Perot）激光器和分布反馈式（DFB）激光器。FP 激光器是应用最广的一种激光器，但是其噪声大，高频响应较慢，出光功率小，因此FP 激光器多用于短距离光纤通信。而DFB 激光器则具有较好的信噪比，更窄的光谱线宽，更高的工作速率，出光功率大，因此DFB 激光器多用在长距离、高速率光传输网络中。（2）垂直腔面发射激光器（VCSEL），是近几年才成熟起来的新型商用激光器，有很高的调制效率和很低的制造成本，特别是短波长850nm 的VCSEL，在短距离多模光纤传输系统中现在已经得到非常广泛的应用。 2.1 光电特性 半导体激光器是电流驱动发光器件，只有当激光器驱动电流在门限（阈值）电流以上时，半导体激光器二极管才能产生并持续保持连续的光功率输出，对于高速电流信号的切换操作，一般是将激光器二极管稍微偏置在门限（阈值）电流以上，以避免激光器二极管因开启和关闭所造成的响应时间延迟，从而影响激光器光输出特性。激光器光功率输出依赖于其驱动电流的幅度和将电流信号转换为光信号的效率（激光器斜效率）。激光器是一个温度敏感器件，其阈值电流th I 随温度的升高而增大，激光器的调制效率（单位调制电流下激光器的出光功率，量纲为mW/mA）随温度的升高而减小。同时激光器的阈值电流th I 还随器件的老化时间而变大，随器件的使用时间而变大。 激光器二极管的阈值电流和斜效率与激光器的结构，制作工艺，制造材料以及工作温度密切相关，随着温度的增加。 激光器二极管的阈值电流th I 定义为激光器发射激光的最小电流，th I 随着温度的升高呈现指数形式增大，下面的等式是th I 关于温度的函数，通过此等式可对激光器阈值电流进行估算： 1 01()*t t th I t I K e =+ （2.1.1） 其中，0I 、1K 和1t 是激光器特定常数，例如，DFB 激光器0I =1.8mA, 1K =3.85mA, 1t =40℃。 激光器斜效率Se （Slope efficiency）定义为激光器输出光功率与输入电流的比值， Se 随着温度的升高呈现指数形式减小，下面的等式是Se 关于温度的函数，通过此等式可对激光器斜效率进行估算： 0()*s t t Se t Se Ks e =? （2.1.2） 同样，以DFB 激光器为例，其典型温度s t ≈40℃，其它两个激光器常数为0Se =0.485mW/mA, Ks =0.033mW/mA。