CN101138176A - 高速sfp收发器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及光电收发器。在一个示例中，收发器被实现为未补偿架构，该未补偿架构基本上符合SFP MSA并且能够以大约8.5Gb/s的数据速率有效地操作。该收发器包括TOSA、ROSA、印制电路板和置于该印制电路板上并被配置用来与所述TOSA和ROSA进行通信的LDPA。最后，该收发器包括SFP兼容的光连接和电连接。

Description

高速SFP收发器

技术领域

本发明总的涉及光通信网以及相关的系统、方法和器件。更具体地，本发明的实施例涉及在不采用CDR信号补偿、但仍然保持与适用的性能标准基本相符的情况下获得较高数据速率的收发器。

背景技术

利用光学“1”和“0”的数字信号的传输，数据可通过光纤网络和器件高效传播。保持被传输数据的完整性、以及数据传送的速度或速率，在很大程度上取决于数据的时序。即，光纤数据传输系统的操作是以确保在特定时期传输特定比特数据的能力为基础的。

为此，典型的光纤数据传输系统结合了时钟信号，该时钟信号限定了信号将被传输的时间段。时钟可以包含在数据流中，或者可以采用单独信号的形式。使用发射器和接收器共用的时钟意味着在整个数据传输系统中针对数据发射和接收过程两者采用同一基准。通过以这种方式对数据传输系统操作进行同步，可以获得较高程度的数据完整性。

然而，当线速率变得越高时，数据变得越来越可能与时钟失去同步，使得数据比特没有在时钟所限定的指定比特周期期间被精确传输。这种现象有时总的称为抖动。抖动可能由环境因素、电路设计或由系统部件自身引起。因为没有系统是理想运行的，所以，典型的光纤数据传输系统被设计成容许特定的抖动量，而在总的系统性能方面不受到显著的不良影响。有时，可以安全容许的抖动量被称为系统或部件的抖动预算。然而，当超过抖动预算时，可能出现重大问题。

具体而言，过大的抖动可能导致数据脉冲交叠，使得特定数据脉冲前移到在前数据脉冲中，或者后移到随后的数据脉冲中。因此，接收器可能不能够检测到特定脉冲的存在与否，从而失去了数据完整性。

随着技术的进步以及线速率的相应增加，抖动也呈现出越来越显著的问题。因此，已开发出不同的器件和系统，以试图在可接受的水平上保持抖动，进而保持数据完整性。一种已被采用的方式涉及使用这样的电路，该电路通过在光纤通信网中的不同点对数据流进行整形和重定时，使得不超出抖动预算，以试图补偿抖动。有时，对数据进行整形和重定时的过程被共同称为时钟数据恢复(“CDR”)。

尽管已经证明在一些应用中，CDR方式对抖动补偿是有用的，但是CDR电路和器件的并入使得收发器的设计、构造和操作变得复杂。相应地，CDR电路和器件的使用也增加了收发器的成本。相关的问题是当已有收发器没有采用CDR功能时，这些收发器具有固有的限制。尤其，由于没有采用CDR功能的收发器以较低的数据速率工作，所以这些收发器通常能够避免使用CDR电路和器件。

发明内容

鉴于这里已经说明的本领域中的问题，以及没有在此特别指出的其他问题，提供一种采用简化架构的收发器模块是有用的，该简化架构没有CDR补偿，但同样以基本上符合各种性能和其它标准的方式获得较高的数据速率。因此，本发明的实施方式总的涉及采用较低速度架构的光电收发器，但是该架构也能够在不需要CDR或相当的数据信号完整性补偿的情况下获得较高的数据速率。

本发明的一个示例性实施例涉及通常以4G SFP收发器的形式实现的光纤通道兼容的收发器，但是关于特定的实施例可以有一些例外。因为收发器通常符合SFP MSA，所以在示例性收发器中没有实现CDR数据信号完整性补偿。即，SFP MSA中提供的SFP架构没有包括或没有实现CDR数据信号完整性补偿。

其中，示例性收发器包括与发射器光组件(“TOSA”)和接收器光组件(“ROSA”)进行通信的集成的后置放大器和激光驱动器(“LDPA”)，其中，ROSA和TOSA标称为用于10Gb/s操作。收发器还包括数字诊断系统和功能，部分地由诊断控制芯片(“DCC”)实施，该诊断控制芯片与内部器件和外部器件两者都对接。在该实施中，DCC和LDPA位于收发器电路板的相对侧，以利于收发器壳体内的空间的使用。最后，使示例性收发器的一个或更多个迹线的长度最小化到该示例性收发器允许的程度，以便提高性能。

这样，示例性实施例提供各种有益结果。例如，在4G SFP架构和形状因子内提供8G功能。特别地，8G数据速率及其他是在不必要使用任何CDR数据信号完整性补偿、同时保持与收发器的性能标准相符合的情况下获得的。

附图说明

为了进一步阐明本发明实施例的以上和其他方面，将通过参考附图中示出的本发明的特定实施例，提供本发明的更加具体的描述。这些附图仅仅描述了本发明的典型实施例，因此不作为本发明范围的限制。另外，附图不是按照比例绘制的。通过使用附图，将以附加的特征和细节对本发明进行描述和说明，其中：

图1是具有4G SFP架构的8G SFP模块的示例性实施例的简化示意图；

图2A是示例性8G SFP板的第一侧的视图，其示出ROSA、TOSA、EEPROM和FCC的布置；

图2B是示例性8G SFP板的第二侧的视图，其示出ROSA、TOSA和LDPA的布置；

图3表示与8G SFP收发器的示例性实施例工作在大约2.5Gb/s数据速率时对应的电眼图和光眼图；

图4表示与8G SFP收发器的示例性实施例工作在大约4.25Gb/s数据速率时对应的电眼图和光眼图；以及

图5表示与8G SFP收发器的示例性实施例工作在大约8.5Gb/s数据速率时对应的电眼图和光眼图。

具体实施方式

各个附图提供与本发明一些示例性实施例的各方面相关的信息，并且被包括在本公开中作为其中的一部分。所述附图仅仅是示例性的，不应该被认为是对本发明的范围的以任何方式的限制。

I.8G SFP收发器的性能和一般操作。

本发明的示例性实施例与基本上包括4G SFP架构的2/4/8Gb/s(“8G”)SFP收发器有关。这样，8G的标称速率在所需的SFP MSA形状因子内获得，同时满足性能标准，并且不必要进行CDR数据信号完整性补偿。

通常，使用4G SFP架构获得8G标称数据速率。这样，可以为各种协议(例如光纤通道)获得这种数据速率。注意，上述8G标称数据速率在光纤通道协议中近似为8.5G，并且对于其他协议可以采用其他值。因此，本发明的范围不仅仅限于8Gb/s到8.5Gb/s的数据速率。除了支持标称的8G数据速率之外，本发明的至少一些实施例向后兼容用于包括光纤通道的协议的标称1/2/4G数据速率。这点特别有用，因为收发器从而可以与1/2/4G传统系统结合工作。

如上所述，发明的示例性实施例能够以可接受的性能、在不需要数据信号完整性补偿的情况下，获得较高的数据速率。排除数据信号完整性补偿电路和器件使得能够实现较低的功率消耗。通常，可以实现大约小于1W的范围内的功率消耗。在一些短波应用中，功率消耗仅约小于600mW，而在一些长波应用中，功率消耗仅约小于800mW。

II.示例性8.5Gb/s SFP收发器平台

现在讨论示例性SFP收发器的一些一般方面。如上所述，本发明的一个示例性实施例涉及诸如在光纤通道和以太网应用中采用的、通常以4G SFP收发器的形式实现的光纤通道兼容的收发器。因为收发器通常符合SFP MSA(通过引用完全合并于此)，如本公开在此所指示的那样，在示例性收发器中没有实现信号完整性补偿方法或电路，并且为了获得诸如8.5Gb/s的数据速率，这种数据信号完整性补偿是不必要的。

与前述一致，不需要或没有实现CDR或相当功能的示例性收发器在此可被称为包括或实现“未补偿的”数据信号产生和/或处理部件和电路。更一般的，所述收发器可被称为包括或包含“未补偿的”架构。类似地，这种示例性收发器的操作在此通常可被称为“未补偿的”操作。

本发明的至少一些实施例包括不具有CDR的2/4/8G SFP收发器。其他的实施例涉及不具有CDR的4/8G SFP收发器。更一般地，本发明的实施例涉及能够支持1/2/4/8G标称数据速率中的部分或全部的SFP收发器，尽管这种收发器在此通常被称为“8G SFP收发器”。

通常，本发明的示例性实施例具有与1/2/4G光纤通道相同的端口密度，并且具有对2/4G光纤通道的光向后兼容性。另外，本发明的实施例电地并且机械地向后兼容2/4G光纤通道，即收发器的机箱和电连接器被配置成与2/4G光纤通道系统和部件对接。因此，8G SFP收发器的示例性实施例可与2/4G传统系统结合使用，并且传统的2/4G模块可以用在8G系统中。

取决于与8G SFP收发器一起使用的特定系统，可以对8G SFP收发器的各个方面进行调节或修改。例如，如果仅仅针对2/4G光纤通道需要8G SFP收发器的向后兼容性，则可以不需要接收器的带宽可调节性。因此，本发明的一些实施例采用在10.7G具有-19dBm的灵敏度的接收器。该接收器可以是固定带宽接收器，也可以不是。

接收器灵敏度规范的示例包括：在1.0626G处的-20dBm(FTRJ8524)；在2.125G处的-18dBm(FTRJ8524)；以及在4.25G处的-15dBm(FTRJ8524)。本发明的一个示例性实施例在4.25G具有-20dBm(FTRJ8524)的测量接收器灵敏度。本发明的使用下面所讨论的示例性HFD6x80-41 ROSA和Vitesse后置放大器的另一实施例在8.5G具有-16dBm(FTRJ8524)的测量接收器灵敏度，具有3-4dB的消光比(“ER”)和10^-10。

现在参考图1和图2，公开了示例性8G SFP收发器模块100的各个方面。总的来说，图1是示出了示例性收发器模块100的各方面的框图，而图2是符合SFP MSA的8G板102的照片。

如上所述，所公开的实施例没有采用或结合CDR数据信号完整性补偿。示出的收发器100包括集成的LDPA 101，该LDPA 101被配置用来与TOSA 103和ROSA 105进行通信，其中，所述TOSA 103和ROSA 105标称为用于10Gb/s操作。这种LDPA 101的一个示例是诸如由Vitesse半导体公司(“Vitesse”)制造的4G激光驱动器后置放大器。可以使用的一个特定的Vitesse型号可为Vitesse VSC7964激光驱动器和限幅放大器。然而，可替选地，可以采用相当功能和配置的其他LDPA。在本发明的一些实施例中，也可使用单独的激光驱动器和后置放大器。

类似地，利用德克萨斯州理查森的先进光部件公司(AdvancedOptical Components)(“ADOPCO”)制造的光电器件对TOSA 103和ROSA 105进行示例说明。具体地，TOSA 103可以包括例如具有850nm垂直腔表面发射激光器(“VCSEL”)、并且具有相关的10G标称数据速率的ADOPCO HFE6x9x-56 TOSA。ROSA 105可以包括例如具有850nmP-I-N检测器和前置放大器、并且具有相关的10G标称数据速率的ADOPCO HFD6x80-41 ROSA。在所述的实施中，ROSA 105和TOSA103硬连接到收发器100的电路板102。然而，在可替选的实施例中，ROSA和/或TOSA采用软连接。

然而，可替选地，可以采用相当功能、性能和配置的任何其他ROSA和/或TOSA。例如，在一些情况下可采用具有大于或小于10G的标称数据速率的ROSA和/或TOSA。还需要注意，本发明的实施例不限于850nm器件，并且也可以采用工作在其他波长处的器件。另外，也可采用光发射器而不是VCSEL。可替选光发射器的示例包括分布式反馈(“DFB”)激光器和珐布里-珀罗(“FP”)激光器。

示例性8G SFP收发器100还包括数字诊断系统和功能，其部分地由诊断控制芯片(“DCC”)104实现，该诊断控制芯片与内部器件和外部器件两者都对接。一种合适的诊断控制芯片是Atmel SL828微控制器，但是，可替选地，可以采用相当功能和配置的其他器件。

如图2很好地示出，示例性8G SFP收发器100被这样配置，使得DCC 104和LDPA 101位于收发器电路板的相对侧，以利于收发器壳体内空间的高效使用。所示出的实施例还包括EEPROM 106。

最后，应当注意，必要时可以对本发明实施例的各方面进行修改，以获得在SFP形状因子内的标称8G速率。例如，收发器板的一个或多个迹线的长度可被最小化到示例性实现允许的程度，以便提高性能。在一个特定的实施例中，如果特定迹线(例如迹线FR4)超过特定长度(例如大约2英寸至大约3英寸)，则可以在收发器中实现固定的电均衡和预加重。合适的迹线长度可以随实施例的不同而不同，但是可以容易地以各种方法确定，例如通过使用模块示教器(module demonstrator)。

III.操作环境和应用的示例

8G SFP收发器的示例性实施例很适合于与光纤通道协议结合使用。然而，本发明的范围不限于任何特定的协议。

另外，收发器的实施例代表用于各种不同工作环境的解决方案。例如，8G SFP收发器可以用作针对100m多模光纤(“MMF”)(50μm 500 MHzkm)的短波方案。作为另一示例，8G SFP收发器可以用作针对使用单模光纤(“SMF”)的长达至少大约10km的距离的短波方案。

取决于各种考虑因素，如链路长度，本发明的实施例可以采取不同的形式。例如，100m短波应用适合采用850nm VCSEL。较长的链路长度，如1-2km长波应用，可能需要FP激光器或长波VCSEL。最后，大约10km或更长的链路长度可能有必要使用DFB激光器。如有必要，可以另外地或者可替选地对8G SFP收发器而不是光发射器进行修改。

IV.性能

最后参考图3-5指出的光眼图和电眼图，可以看出，8G SFP收发器的示例性实施例在各数据速率下提供良好的性能。更具体地，图3至图5指出，在以下数据速率下保持光遮罩(mask)和电遮罩两者：2.5G(Rx灵敏度为-19 dBm)；4.25G(Rx灵敏度为-19 dBm)；以及8.5G(Rx灵敏度为-16 dBm)。关于图4应当注意到，光眼图的上部的失真是由于坏的连接器引起的，并不反映在相关收发器的构造、布置或性能方面的任何不足。因此，在没有CDR或相当补偿的情况下，本发明的实施例能够采用4G SFP架构，以便成功地在较高的数据速率(如8.5Gb/s或更高)下操作，同时保持符合操作标准和要求，如遮罩和眼图要求。

在不背离本发明的精神和本质特征的情况下，可以以其他特定形式实施本发明。从各方面来看，所述实施例都应被认为仅仅是说明性的而不限制性的。因此本发明的范围由所附权利要求而不是由前述说明来指示。落入权利要求的等同内容的意义和范围内的所有变化都在所述权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种收发器模块，包括：

未补偿架构，其能够具有大约8.5Gb/s的数据速率，所述未补偿架构包括：

TOSA；

ROSA；

印制电路板；

LDPA，其置于所述印制电路板上，并且被配置用来与所述TOSA和所述ROSA进行通信；以及

至少一个连接器，其与所述TOSA和所述ROSA中的至少一个进行通信。

2.如权利要求1所述的收发器模块，其中，所述未补偿架构基本上符合SFP MSA。

3.如权利要求1所述的收发器模块，其中，所述TOSA和所述ROSA中每个能够以约10Gb/s的数据速率执行。

4.如权利要求1所述的收发器模块，其中，所述TOSA包括以下之一：DFB激光器；850nm VCSEL；以及FP激光器。

5.如权利要求1所述的收发器模块，其中，所述ROSA包括850nmP-I-N检测器和前置放大器。

6.一种收发器模块，包括：

架构，所述架构基本上符合SFP MSA，并且能够具有大约8.5Gb/s的数据速率，其中，所述架构包括：

TOSA；

ROSA；

印制电路板；

LDPA，其置于所述印制电路板上，并且被配置用来与所述TOSA和所述ROSA进行通信；以及

至少一个连接器，其与所述TOSA和所述ROSA中的至少一个进行通信。

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