千兆位以太網(wǎng)用光纖收發(fā)器設計

前言

　　千兆位以太網(wǎng)速度快、帶寬大且兼容性好，具有比傳統(tǒng)標準以太網(wǎng)更強大的功能?？焖僖蕴W(wǎng)光纖收發(fā)器不僅大大簡化局域網(wǎng)的設計，而且可以保護原有銅纜LAN設備的投資，成為當前市場的迫切需要。

　　Avogo Technologies生產(chǎn)的HFCT-53D5光纖收發(fā)器可讓設計者實現(xiàn)單模千兆位以太網(wǎng)應用的解決方案。該產(chǎn)品由三部分構成：光發(fā)射器、光接收器以及內置雙工SC連接器的機盒。發(fā)射器包含一個符合GE LX規(guī)范的1300nm激光器，它是由一個定制的、硅雙極IC驅動的，將差分PECL邏輯信號變換為激光二極管模擬驅動信號。接收器含有一個InP—PID光電二極管，它與一個定制的硅雙極跨導型前置放大器IC安裝在一起，并連接至后置放大器與數(shù)字化電路。后置放大器中設置的信號檢測電路，一旦檢測到有用的光信號就提供一個PECL邏輯高信號，這個單端PECL輸出通過一個50?負載驅動標準PECL輸出。機盒由高強度、抗熱、抗化學腐蝕和良好阻燃性的塑料制成，整體設計有極高的抗干擾和EMI性能。

　　主要指標：

　　符合IEEE-802.3z千兆位以太網(wǎng)規(guī)范。

　　采用1×9封裝樣式行業(yè)標準中間件。

　　性能：550m 62.5/125?m MMF

　　550m 50/125?m MMF

　　10Km 9/125?m SMF

　　IEC 60825-1類/CDRH 1類激光眼睛安全性。

　　ROHS符合性。

　　光功率預算

　　光纖鏈路最低光功率預算(OPB)是由最小發(fā)射器輸出光功率(dBm avg)與最低光接收器靈敏度(dBm avg)之差決定的。OPB是光纖鏈路正常工作所必需的光信號強度。OPB用來補償光纖損耗和相應鏈路損耗，即OPB必須考慮到所有可能影響鏈路性能的損耗。IEEE802.3z標準定義了62.5/125?m和50/125?m兩種多模光纖，并已建立模型，規(guī)定了光纖損耗參數(shù);此外，對1300nm F-P激光器單模光纖亦已建模并確定光纖損耗參數(shù)。MFCT-53D5安全滿足LX 5Km標準，還采取了限制發(fā)射器的中心波長和頻譜寬度，增加光輸出功率與提高靈敏度等措施，使之有相當冗余量來支持10KmGE鏈接。

　　信號檢測

　　信號檢測電路提供一個判斷輸出信號，用來表示IEEE802.3z規(guī)范定義的鏈路是開放的，或發(fā)射機是關閉的。信號檢測閾值是這樣設置的，當最低接收機輸入可使用功率小于-30dBm avg時，該信號從高態(tài)過渡成低態(tài)。這里，-30dBm avg就表示光路故障時輸入光功率，例如接收器或發(fā)射器未插入連接器，光纖斷裂、遠端信號源或發(fā)射器故障等。信號檢測信號只有在接收到編碼8b/10b信號時才指示鏈路工作是正常的。當然，信號檢測并不涉及檢測接收數(shù)據(jù)出錯或誤碼率問題，這些問題由后面的信號處理電路來解決。

　　數(shù)據(jù)線互連

　　該收發(fā)器可直接與+5V PECL信號互連。發(fā)射器輸入是直流耦合至激光器驅動電路的，亦即在輸入處，并未設置電容耦合的50?終端電阻。激光器的驅動電路也是直流耦合的，使各種占空比數(shù)據(jù)圖形的輸出光功率相對地平衡。如果數(shù)據(jù)具有長又連續(xù)的狀態(tài)時間，輸出光功率則會漸漸地將其平均值改變至它的預設值。

在接收器部分，前置放大器與后置放大器之間是交流耦合的，而后置放大器輸出的實際數(shù)據(jù)是直流耦合至各自的輸出引腳。信號檢測輸出是單端、+5V PECL信號，也是直流耦合至它的輸出引腳。當然，在收發(fā)器與支持的物理層集成電路之間應設置正確的互連電路，圖1是推薦的接口電路。

　　符合性聲明

　　電子部件要符合各項有關的法規(guī)，讓用戶在使用時更安全、更可靠。

　　靜電放電(ESD)。防止ESD損壞有兩件重要的事項。一是對ESD敏感的器件應采取相應的預防措施，采用接地的跨接線，操作臺和地板是防靜電的。二是機殼中暴露在外部的元件，如雙ISC連接器應符合強制性的系統(tǒng)級ESD測試標準。

　　電磁干擾(EMI)。高速收發(fā)器應滿足抗電磁干擾要求，如美國的FCC、歐洲的CENELEC EN55022(CISPR22)、日本的VCCI等。電子部件要控制電磁輻射來減少對鄰近設備的干擾。EMI性能還依賴于機殼的設計和電路板在機殼內的正確安裝。

　　抗干擾性。收發(fā)器可能在存在無線電頻率電磁場環(huán)境中使用。由于采用了良好的屏蔽設計，收發(fā)器有良好的抗干擾性能。

　　RoHS.RoHS(Restriction of Hazardous Substances)是歐盟立法制定的一項強制性標準，它的全稱是《關于限制在電子設備中使用某些有害成分的指令》。主要限制鎘、鉛、汞、六價鉻Cr6+、多溴二笨醚PBDE和多溴聯(lián)笨PBB六種有害物質的含量。為此，要使用新型材料并采用無鉛焊接等新工藝。

　　眼睛安全性。當光收發(fā)器發(fā)生故障時，激光對人的眼睛應是安全的，器件或是維持正常的對眼睛安全的運作，或禁止該器件工作。安全電路有3個關鍵元件：監(jiān)測二極管、窗口檢測電路和激光二極管偏流直接控制電路。窗口檢測電路利用激光二極管內的光電二極管監(jiān)測平均光功率，如果發(fā)生故障，直流偏置電流不能維持在預設值的±20%以內，就會發(fā)出告警信號。器件采用限流電路與光纖接頭相接合的方案，保證對人的眼睛的安全性。只要發(fā)射器Vcc電壓不高于7V，就不需要關閉電路。(東華)

圖1 HFCT-53D5與HDMP1636A/1646A接口電路和電源濾波電路