智能SFP光模块的设计与研究0引言在光通信产品中,光模块占有十分重要的地位。光收发模块作为光纤通信网的关键技术之一,被广泛应用在同步光纤网络(SONET和同步数字体系(SDH、异步传输模式(ATM、光纤分布数据接口(FDDI,以及快速以太网和千兆以太网等系统中[1]。在现在的光通信产品中,SFP光模块越来越得到青睐,SFP模块体积比GBIC模块减少一半,还可以支持热拔插等功能,已经得到广泛的使用。同时,在现有的各种网络中所需要的光收发一体模块种类越来越多,要求也越来越高。为了满足系统不断增长的性能要求,光模块正不断向智能化、快速和高密度互联方向发展。智能SFP光模块,即采用数字诊断功能的SFP光模块,将成为新一代光收发一体模块中的亮点。它可以实现网络管理单元实时监测收发模块的温度、供电电压、偏置电流,以及发射和接收光功率。通过对这些参数的监测,可以帮助系统管理员预测光模块的寿命、隔离系统故障并在现场安装中验证模块的兼容性等[2]。1智能SFP光模块系统设计1.1发射部分光发射模块在光传输过程中的主要作用是将电脉冲信号转换成光脉冲信号,输入的是电信号,输出的是光信号。发射模块所示,主要由TOSA及激光驱动电路组成。其中TOSA由激光器LD及背光二极管PD组成。LD采用的是垂直腔面发射激光器VCSEL。激光驱动器首先将输入的电信号调制为满足数字光纤通信系统传输要求的激光器驱动信号,驱动信号由偏置电流Ibias和调制电流Imod组成,激光器在驱动信号的驱动下发出相应的光信号,光信号被耦合进光纤中并传输到接收端。在本方案中激光驱动器选用MAX3286。激光驱动器具有自动功率控制(APC功能,APC电路利用TOSA中的背光二极管,监测激光器背光的大小。当光功率小于某一额定值时,通过反馈电路使驱动电流增加,激光器输出功率增加为额定功率值。反之,若光功率大于某一额定值,则通过反馈电路使驱动电流减小,激光器输出功率随之减小。因此,APC电路可动态调节激光器驱动偏置电流的大小,能够自动补偿激光器由于环境温度的变化或老化而引起的输出光功率的变化,保持其输出光功率波动范围相对稳定。1.2接收部分接收模块主要作用就是将经光纤光缆传输后衰减变形的微弱光脉冲信号通过光电转换成为电脉冲信号,并给予足够的放大,还原成为标准的数字脉冲信号。光接收模块原理图所示,主要由光电二极管PD、前置放大器、限幅放大器等组成。其中光电二极管和前置放大器集成封装共同构成ROSA。光电二极管是数字光接收机的核心器件,它将光脉冲信号通过光电转换成为电脉冲信号,常用的主要有PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。光信号从光接口进入光电二极管PD后,转换成微弱的电流,电流经过前置放大器转换成电压并一级放大到合适的电平。本次设计所采用的为PIN光电二极管。限幅放大器的作用是把前置放大器输出的幅度不同的模拟信号处理成等幅的数字信号,同时对这些信号进行放大。为了与光电探测器进行良好的匹配并获得低噪声和宽频带,前置放大器的增益不能太高,前置放大器的输出电压幅度通常从几毫伏到几十毫伏,如此小的信号不能直接输出光模块,因此,有必要对该信号进一步放大;另一方面,由光电探测器从光信号中检测出的电流信号幅度定义在一容限电平上,这一容限考虑了光纤的容差、接头损耗以及因温度和老化引起的参数起伏,然而,为了对数据作进一步的处理,信号幅度最好为恒定值。因此,限幅放大器需要在一定的动态范围内,该动态范围通常要求超过20dB。在本方案中限幅放大器采用MAX3768。1.3数字诊断DDM部分数字诊断部分主要由MCU来完成。通过MCU,网络管理单元可以实时监测收发模块的温度,供电电压,激光偏置电流以及发射和接收的光功率。通过对这些参数的测量,管理单元能够迅速找出光纤链路中发生故障的具体位置,简化维护工作,提高系统的可靠性。五个DDM参数首先由采集电路进行采集转换,后送至ADC输入端,ADC电路将送来的五个模拟电压量转换成数字信号,经译码电路存于支持DDM的存储器的相应地址位上。信息的传递通过两线串行接口(时钟线SCL和数据线SDA来实现。1.3.1SFF-8472协议简介SFF-8472协议是对相关参数在线监控及数字化的具体规范,它将模块的EEPROM划分出2个256字节的存储单元,在协议中保留了原来SFP/GBIC在...
