CN101394230A - 智能10Gbps可插拔光收发模块及其主工作流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能10Gbps可插拔光收发模块及其主工作流程，涉及一种可插拔光收发模块。本发明的结构是SFI高速电接口(1)、激光器驱动器(2)和10Gbps TOSA(3)依次连接，将电信号转换成光信号输出；10Gbps ROSA(6)、限幅放大器(5)和SFI高速电接口(1)依次连接，将光信号转换成10Gbps Data电信号输出；智能控制单元(4)分别与激光器驱动器(2)、限幅放大器(5)和SFI高速电接口(1)相连接，完成对模块工作的智能化控制和检测并通过SFI高速电接口(1)与上位机通信。本发明结构简单，控制效果好，精度高，响应快，工作稳定性和一致性良好。

Description

智能10Gbps可插拔光收发模块及其主工作流程

技术领域

本发明涉及一种SFP+光收发模块，尤其涉及一种智能10Gbps可插拔光收发模块及其主工作流程。

背景技术

SFP+光收发模块(加强型小型化可插拔光收发模块，本文简称可插拔光收发模块)是10Gbps以太网和光纤通道业界合作开发的多源协议(MSA)最新型小型化可插拔光收发模块规格形式，可为10Gbps以太网提供更高的端口密度，同时极大地降低成本。目前，市场上已有用于一部分系统架构的SFP+光收发模块产品。由于其尺寸相比传统的10Gbps光收发模块要小很多，而传统的硬件电路控制方法需要较复杂的外围电路且实现的功能较为简单。

发明内容

本发明的目的在于克服现有模块内部控制技术存在缺点和不足，在满足多源协议规格的10Gbps 10km SFP+光收发模块的基础上，提供一种智能10Gbps可插拔光收发模块及其主工作流程。

本发明通过智能化控制的方法来降低模块的功耗、简化电路，节省PCB板空间以保证高速信号的设计，同时能监控模块内部各功能块工作状态并对各功能块工作状态进行调整，以及完成符合SFF-8472规格的带CPU接口的检测功能。

本发明的技术方案是：

本发明具有内部通信接口，控制单元通过内部通信接口实现对激光器的自动功率控制、消光比控制、发射部分关断控制。通过循环检测的方式得到相关反馈量并进一步对控制效果进行调整并通过带CPU接口的外部通信接口上报满足SFF-8472规格的检测量。电路结构简单、控制效果好、检测精度高，应用方便。

智能10Gbps可插拔光收发模块(简称本模块)的结构

简称本模块包括现有的SFI高速电接口、激光器驱动器、10Gbps TOSA、限幅放大器和10Gbps ROSA；

SFI高速电接口、激光器驱动器(driver)和10Gbps TOSA依次连接；

10Gbps ROSA、限幅放大器和SFI高速电接口依次连接；

设置有智能控制单元，智能控制单元分别与激光器驱动器、限幅放大器和SFI高速电接口相连接。

本模块的工作原理是：

10Gbps光信号由10Gbps ROSA转换成电信号输出，再由限幅放大器放大经SFI高速电接口输出，完成光/电转换。

10Gbps电信号通过SFI高速电接口输入，经过激光器驱动器(driver)驱动10Gbps TOSA发光后，完成电/光转换。

温度采样电路、光功率/电压转换电路将采集到的10Gbps TOSA当前工作温度和平均光功率的值转换成电压值后输入到MCU，经计算后与数模转换器通信，调整数模转换器的输出，以控制激光器驱动器(driver)输出而控制10Gbps TOSA在整个模块工作温度范围内的稳定工作。MCU循环检测模块SFI高速电接口输入的“激光器关断”信号，并与逻辑单元相连接，同时SFI高速电接口输入的“激光器关断”信号也直接与逻辑单元相连接，逻辑单元输出与开关电路连接后控制激光器驱动器(driver)，以确保满足多源协议规格的时间要求。MCU将检测到的模块内部各告警量与各告警阈值进行比较，从而调整数模转换器的输出，保护模块的正常工作，不受损害。

本发明具有以下优点和积极效果：

(1)激光器稳定工作实现数字化控制，无需外围复杂电子元器件；

(2)激光器发射关断功能加入逻辑单元以保证关断时间满足SFF多源协议时间要求；

(3)模块各单元协同正常工作由MCU智能化控制完成并保护各功能单元。

总之，本发明结构简单，控制效果好，精度高，响应快，工作稳定性和一致性良好。

附图说明

图1为本模块的结构方框图；

图2为智能控制单元的结构方框图；

图3为本模块的主程序工作流程图。

其中：

1—SFI高速电接口；

2—激光器驱动器(driver)；

3—10Gbps TOSA；

4—智能控制单元，

4.1—MCU，

4.2—逻辑单元，

4.3—开关电路，

4.4—温度采样电路，

4.5—光功率/电压转换电路，

4.6—数模转换器，

4.7—模块工作电压检测电路；

5—限幅放大器；

6—10Gbps ROSA。

英译汉：

SFI—多源协议定义的适用于SFP+光收发模块的高速电信号接口；

TOSA—光发送器子系统；

MCU—微控制器；

ROSA—光接收器子系统；

MSA—多源协议；

10Gbps Data—10Gbps数据；

SFP+光收发模块—加强型小型化可插拔光收发模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、本模块

(一)总体结构

如图1，本模块包括现有的SFI高速电接口1、激光器驱动器2、10Gbps TOSA3、限幅放大器5、10Gbps ROSA6；

SFI高速电接口1、激光器驱动器2和10Gbps TOSA3依次连接，将SFI高速电接口1输入的10Gbps Data电信号转换成光信号输出；

10Gbps ROSA6、限幅放大器5和SFI高速电接口1依次连接，将从10Gbps ROSA输入的光信号转换成10Gbps Data电信号输出；

设置有智能控制单元4，智能控制单元4分别与激光器驱动器2、限幅放大器5和SFI高速电接口1相连接，完成对模块工作的智能化控制和检测并通过SFI高速电接口1与上位机通信。

(二)各大功能块的结构

1、SFI高速电接口1

如图1，SFI高速电接口1为多源协议定义的模块电接口。

2、激光器驱动器(driver)2

如图1，激光器驱动器(driver)2是一种直调式驱动器，为常用件。

3、10Gbps TOSA 3

如图1，10Gbps TOSA 3是一种直调式激光器，为常用件。

4、限幅放大器5

如图1，限幅放大器5为适用于限制型模块的放大器，为常用件

5、10Gbps ROSA 6

如图1，10Gbps ROSA6是一种自制10Gbps光探测器，为常用件。

6、智能控制单元4

(1)智能控制单元4的结构

如图2，智能控制单元4包括MCU 4.1、逻辑单元4.2、开关电路4.3、温度采样电路4.4、光功率/电压转换电路4.5、数模转换器4.6和模块工作电压检测电路4.7；

其连接关系及功能是：

MCU 4.1与SFI高速电接口1连接，检测外部发射关断信号；

SFI高速电接口1与逻辑单元4.2连接，输入外部发射关断信号；

MCU 4.1与逻辑单元4.2连接，输入内部发射关断信号；

逻辑单元4.2、开关电路4.3和激光器驱动器(driver)2依次连接，实现发射关断控制；

光功率/电压转换电路4.5和温度采样电路4.4分别与10Gbps TOSA 3连接，对10Gbps TOSA 3的当前温度和平均发射光功率值进行采样；

光功率/电压转换电路4.5和温度采样电路4.4分别与MCU 4.1连接，将采样值输入MCU 4.1；

MCU 4.1与模块工作电压检测电路4.7相连接，检测模块当前状态。

智能控制单元4的工作原理是：

MCU 4.1检测外部发射关断的数字信号：当MCU 4.1检测到外部数字关断信号时，输出内部发射关断数字信号；MCU 4.1通过外部通信接口接收到软关断指令时，输出内部发射关断信号至逻辑单元4.2；逻辑单元4.2接收到任一来自外部或者内部的发射关断数字信号时，即输出发射关断数字信号至开关电路4.3；开关电路4.3完成激光器驱动器(driver)2供电电源的开关，而最终实现发射关断功能。

在10Gbps TOSA 3附近设置有温度采样电路4.4和光功率/电压转换电路4.5，对激光器管芯温度、平均发射光功率采样后输入到MCU 4.1；MCU 4.1将采样值与预设值进行比较，计算出激光器所需要的偏置电流和调制电流值；MCU4.1将计算值通过控制数模转换器4.6的输出，来改变激光器驱动器(driver)2的输出从而稳定10Gbps TOSA 3在不同工作温度下的工作状态。

MCU 4.1将检测到的模块工作电压值与预设的告警阈值相比较来控制数模转换器4.6的输出从而起到保护10Gbps TOSA 3的作用。

(2)各小功能块的结构及其功能

下面各小功能块均为常用功能块。

①MCU 4.1采用C8051F330单片机，内部集成模数转换单元，控制数模转换器、控制并监控模块内部工作状态、与外部通信；

②逻辑单元4.2采用或型逻辑门，完成“或”的逻辑运算功能；

③开关电路4.3采用P沟道型三极管及外围电路，完成激光器驱动芯片供电电源开关功能；

④温度采样电路4.4采用负温度系数型热敏电阻，可通过仿真得到温度和电压的关系；

⑤光功率/电压转换电路4.5采用精密运算放大器，将光电流转换成电压值；

⑥数模转换器4.6采用10位高精度的数模转换器；

⑦模块工作电压检测电路4.7采用常规电阻分压。

二、本模块的主工作流程

如图3，依据本模块的主工作流程编写程序，采用C语言编程，以实现本模块的正常工作。

本模块主工作流程包括下列步骤：

①初始化A；

②读取模块内部各检测量及模块工作电压等检测值B；

③判断模块是否处于正常工作状态C；是则直接进入下一步骤，否则进入故障指示状态D，并进入10Gbps TOSA保护模式E；

④读取外部发射关断信号F；

⑤判断是否有外部发射关断信号G，否则直接进入下一步骤，是则进入故障指示状态D，并进入10Gbps TOSA保护模式E；

⑥读取温度采样值、光功率/电压转换值H；

⑦设置数模转换器的值I；

⑧判断读取光功率/电压转换值是否达到预设值允许误差范围内J，是则返回步骤②，否则返回步骤⑦。

Claims (3)

1、一种智能10Gbps可插拔光收发模块，包括现有的SFI高速电接口(1)、激光器驱动器(2)、10Gbps TOSA(3)、限幅放大器(5)、10Gbps ROSA(6)；

SFI高速电接口(1)、激光器驱动器(2)和10Gbps TOSA(3)依次连接，将SFI高速电接口(1)输入的10Gbps Data电信号转换成光信号输出；

10Gbps ROSA(6)、限幅放大器(5)和SFI高速电接口(1)依次连接，将从10Gbps ROSA输入的光信号转换成10Gbps Data电信号输出；

设置有智能控制单元(4)，智能控制单元(4)分别与激光器驱动器(2)、限幅放大器(5)和SFI高速电接口(1)相连接，完成对模块工作的智能化控制和检测并通过SFI高速电接口(1)与上位机通信；

所述的SFI是多源协议定义的适用于SFP+光收发模块的高速电信号接口；

所述的TOSA是光发送器子系统；

所述的ROSA是光接收器子系统；

所述的10Gbps Data是10Gbps数据。

2、按权利要求1所述的一种智能10Gbps可插拔光收发模块，其特征在于：

智能控制单元(4)包括MCU(4.1)、逻辑单元(4.2)、开关电路(4.3)、温度采样电路(4.4)、光功率/电压转换电路(4.5)、数模转换器(4.6)和模块工作电压检测电路(4.7)；

MCU(4.1)与SFI高速电接口(1)连接，检测外部发射关断信号；

SFI高速电接口(1)与逻辑单元(4.2)连接，输入外部发射关断信号；

MCU(4.1)与逻辑单元(4.2)连接，输入内部发射关断信号；

逻辑单元(4.2)、开关电路(4.3)和激光器驱动器(2)依次连接，实现发射关断控制；

光功率/电压转换电路(4.5)和温度采样电路(4.4)分别与10Gbps TOSA(3)连接，对10Gbps TOSA(3)的当前温度和平均发射光功率值进行采样；

光功率/电压转换电路(4.5)和温度采样电路(4.4)分别与MCU(4.1)连接，将采样值输入MCU(4.1)；

MCU(4.1)与模块工作电压检测电路(4.7)相连接，检测模块当前状态；

所述的MCU是微控制器。

3、按权利要求1所述的一种智能10Gbps可插拔光收发模块的主工作流程，其特征在于包括下列步骤：

①初始化(A)；

②读取模块内部各检测量及模块工作电压等检测值(B)；

③判断模块是否处于正常工作状态(C)；是则直接进入下一步骤，否则进入故障指示状态(D)，并进入10Gbps TOSA保护模式(E)；

④读取外部发射关断信号(F)；

⑤判断是否有外部发射关断信号(G)，否则直接进入下一步骤，是则进入故障指示状态(D)，并进入10Gbps TOSA保护模式(E)；

⑥读取温度采样值、光功率/电压转换值(H)；

⑦设置数模转换器的值(I)；

⑧判断读取光功率/电压转换值是否达到预设值允许误差范围内(J)，是则返回步骤②，否则返回步骤⑦。

Images