CN115426053B - 基于otn传送技术的光接收芯片 - Google Patents

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基于OTN传送技术的光接收芯片，属于集成电路和光通信领域，本发明为解决现有应用于数据中心100m以下的短距离数据传输的、基于OTN技术的芯片存在功耗大、PCB板信号衰减严重的问题。本发明包括接收机RX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；接收机RX包括跨阻放大器TIA和限幅放大器LA，TIA将接收到的微弱光信号转换成电信号并放大，下一级的LA将电信号进一步放大至限幅状态并输出；光电二极管PD的阴极输出高频微弱电流，经过低通滤波且镜像成直流电流，供LA内部的接收信号强度指示模块判断信号的大小是否满足协议要求；或者采用LA内部模块的光调制幅度信号丢失模块去判断TIA输出放大电信号是否满足设置的阈值要求，如果不满足要求则将判断结果传递给芯片外的主机。

Description

基于OTN传送技术的光接收芯片
技术领域
本发明属于集成电路和光通信领域。
背景技术
大数据中心的光芯片根据传输距离分配其不同的应用场景：①＜20m，机柜内服务器和TOR交换机互联；②＜500m，数据中心同一机房内Leaf到Spine交换机互联；③＜10km，数据中心楼宇间交换机或路由器互联；④＞10km，多个数据中心互联。在100m以下的短距离数据传输主要以850nm波长的多模光纤为主，实现信道复用提高传输速率。
目前广泛应用的传送技术中包括两大类：MSTP/SDH技术和WDM技术。
其中，MSTP/SDH技术偏重于业务的电层处理，具有良好的调度、管理和保护能力，其中MSTP(Multi-Service Transport Platform)为多业务传送平台，SDH(SynchronousDigital Hierarchy)为同步数字体系，MSTP/SDH技术的OAM(Operation Administrationand Maintenance，操作维护管理)功能完善。但是，MSTP/SDH技术以VC4(VirtualContainer 虚容器)为主要交叉颗粒，采用单通道线路，其交叉颗粒和容量增长对于大颗粒，高速率，以分组业务为主的承载逐渐力不从心。另一种传送技术WDM(WavelengthDivision Multiplexing，波分复用)技术以业务的光层处理为主，多波长通道的传输特性决定了它具有提供大容量传输的天然优势。但是，目前的WDM网络主要采用点对点的应用方式，缺乏灵活的业务调度手段。
为了克服MSTP/SDH技术和WDM技术存在的缺陷，新一代传送网发展方向之一的OTN技术(Optical transport network，光传送网)应运而生，它将SDH的可运营和可管理能力应用到WDM系统中，同时具备了SDH和WDM的优势，更大程度的满足多业务、大容量、高可靠、高质量的传送要求。
将OTN技术应用于数据中心100m以下的短距离数据传输，在数据中心应用中的 RX(Receiver)接收芯片，TIA(跨阻放大器)将接收到的微弱光信号转换成电信号并放大，下一级的LA(限幅放大器)进一步将电信号放大至限幅状态。LA中还包含LOS(Loss of Signal,信号丢失)模块，判断LA输入信号是噪声还是符合要求的电平信号并做出静噪或者正常工作的操作。
但其存在的问题是：TIA设置于芯片外部需要驱动级以驱动LA的输入，导致芯片功耗大；TIA设置于芯片外部也会导致PCB板信号衰减严重。再者RX内部需要根据信号的衰减程度启动不同的信号传输路径，又或者通过功能模块的调整优化信号。
因此，针对以上不足，需要提供一种应用于数据中心100m以下的短距离数据传输的、基于OTN技术的芯片，使其功耗小，信号衰减程度小。
发明内容
针对现有应用于数据中心100m以下的短距离数据传输的、基于OTN技术的芯片存在功耗大、PCB板信号衰减严重的问题，本发明提供一种基于OTN传送技术的光接收芯片整体框架结构，将对性能要求较高的TIA，融合进RX芯片内部，节约制造和使用成本，满足了应用场景下的封装要求。LA部分，可对上级TIA传输来的信号进行幅度检测或者均值检测，满足要求后关闭静噪功能，输入模块CTLE(Continuous Time Linear Equalizer连续时间线性均衡)和输出驱动(CML Buffer)正常传输数据。LA部分内置的CDR优化高速衰减的传输信号。数字部分Digital通过两条信号线SCL和SDA与主机通讯，实现对光接收芯片内部参数的控制和数据传输质量的优化。为了满足数据中心对芯片功耗的严格控制，内置的DCDC能够降低光接收芯片的整体功耗，降低光模块硬件成本，利于光模块小型化。
本发明所述基于OTN传送技术的光接收芯片，包括接收机RX、数字控制单元Digital 和电源模块POWER；
数字控制单元Digital用于给接收机RX提供控制信号；
电源模块POWER用于为芯片提供工作电源；
接收机RX包括28G跨阻放大器28G_TIA和限幅放大器LA，28G跨阻放大器 28G_TIA将接收到的微弱光信号转换成电信号并放大，下一级的限幅放大器LA将电信号进一步放大至限幅状态并输出；在无光或者小光情况下为减小噪声的干扰，在接收模块集成静噪功能，光电二极管PD的阴极输出高频微弱电流，经过低通滤波且镜像成直流电流 RSSI，供限幅放大器LA内部的接收信号强度指示模块RSSI LOS判断信号的大小是否满足协议要求，如果不满足要求则关闭限幅放大器LA内部的带有去预加重的输出缓冲器 CML_BUFF和线性均衡器CTLE，同时将判断结果传递给芯片外的主机；或者采用限幅放大器LA内部模块的光调制幅度信号丢失模块OMA LOS去判断28G跨阻放大器 28G_TIA输出放大电信号是否满足设置的阈值要求，如果不满足要求则关闭带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF和线性均衡器CTLE，同时将判断结果传递给芯片外的主机。
优选地，接收机RX中的限幅放大器LA包括线性均衡器CTLE、光调制幅度信号丢失模块OMA LOS、接收信号强度指示模块RSSI LOS、多速率时钟数据恢复模块CDR、信号旁路ByPass、光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision、数据选择器MUX、监视时钟MONITOR CLOCK和带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF；
28G跨阻放大器28G_TIA的输入端通过芯片引脚PINA连接光电二极管PD的阳极，光电二极管PD的阴极连接芯片引脚PINK；
28G跨阻放大器28G_TIA的两输出端分别连接线性均衡器CTLE的两输入端、光调制幅度信号丢失模块OMA LOS的两输入端；
28G跨阻放大器28G_TIA流出的RSSI监视电流给接收信号强度指示模块RSSI LOS；
光调制幅度信号丢失模块OMA LOS和接收信号强度指示模块RSSI LOS的控制信号输出端分别连接线性均衡器CTLE的控制端、带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的控制端和芯片引脚RX_LOS；
线性均衡器CTLE的输出端分别连接多速率时钟数据恢复模块CDR的输入端、信号旁路ByPass的输入端和光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision的输入端；
光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision的控制信号二选一的输出至多速率时钟数据恢复模块CDR的控制端口或ByPass的控制端口；
多速率时钟数据恢复模块CDR的数据信号输出端连接数据选择器MUX的一输入端；
信号旁路ByPass的数据信号输出端连接数据选择器MUX的另一输入端；
数据选择器MUX的输出端连接带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的输入端；
多速率时钟数据恢复模块CDR的时钟输出端连接监视时钟模块MONITOR CLOCK 的输入端；
监视时钟模块MONITOR CLOCK的正负输出端分别连接芯片引脚MCLKP和 MCLKN；
带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的两输出端分别连接芯片引脚OUTP和OUTN。
优选地，线性均衡器CTLE将28G跨阻放大器28G_TIA输出的衰减信号进行高频补偿，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision择一启动多速率时钟数据恢复模块CDR或信号旁路ByPass作为信号通路，
择一启动多速率时钟数据恢复模块CDR或信号旁路ByPass路径包括两种方式：
第一种，在FC模式时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision启动，当光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision检测到信号是8G FC时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision控制启动信号旁路ByPass作为信号通路；当光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision检测到信号是16G/32G FC时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision控制启动多速率时钟数据恢复模块CDR 作为信号通路；
第二种，在非FC模式时，信号旁路ByPass作为1～28.1Gbps信号速率的信号通路；多速率时钟数据恢复模块CDR支持19～28.1Gbps信号速率的信号通路或19/2～28.1/2Gbps信号速率的信号通路，信号通路和CDR的时钟速率选择由数字寄存器进行配置。
优选地，数字控制单元Digital包括模数转换器ADC、从I2C Slave I2C、控制寄存器数字核Register Control Digital Core、TIA模拟电路部分控制端口和LA模拟电路部分控制端口；其中TIA模拟电路部分控制端口包括速率选择RS、温度补偿TC、可变增益放大器VGA、接收信号强弱指示增益RSSI GAIN，LA模拟电路部分控制端口包括线性均衡器CTLE、眼图交叉点调整CPA、信号丢失阈值设定LOS_TH、时钟数据恢复环路带宽调整CDR_LBW、输出摆幅调整OP_SWING和去加重程度调整DEEMPH；
从I2C Slave I2C的输入端连接芯片引脚SCL；
从I2C Slave I2C的输入输出端口连接芯片引脚SDA；
模数转换器ADC接收温度信号TEMP、监视电流RSSI和电压信号VCC；
模数转换器ADC的数字输出端口连接数字控制寄存器核Register ControlDigitalcore 的输入端；
控制寄存器数字核Register Control Digital Core分别输出控制信号给TIA的速率选择 RS、速率选择RS、温度补偿TC、可变增益放大器VGA和接收信号强弱指示增益RSSIGAIN；
控制寄存器数字核Register Control Digital Core分别输出控制信号给LA的线性均衡器CTLE、眼图交叉点调整CPA、信号丢失阈值设定LOS_TH、时钟数据恢复环路带宽调整CDR_LBW、输出摆幅调整OP_SWING和去加重程度调整DEEMPH。
优选地，电源模块POWER包括直流斩波器DC/DC、电阻R33和R44；
直流电源VDC为激光驱动器提供工作电源，同时，直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1.8V并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1.8V分别给接收机RX的限幅放大器LA和数字控制单元Digital提供工作电源；
直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R33的一端和芯片引脚CAP；芯片引脚CAP通过电容C11接地；
电阻R33的另一端同时连接电阻R44的一端和直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R44的另一端连接地；
直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW；芯片引脚SW通过电感 L11连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VCC；芯片引脚VCC连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN；芯片引脚EN同时连接电容 C22的一端和直流电源VDC的正极；电容C22的另一端接地，直流电源VDC的负极接地。
本发明的有益效果：本发明提出了一种基于OTN传送技术的光接收芯片的整体框架结构，将外置的28GbpsTIA融合进RX接收芯片内部，交流耦合输出改成直流耦合输出，从而节省了TIA的输出驱动级，降低了TIA级的功耗，并有效的减小了TIA外置时PCB 板所引起的信号衰减；RX内的LA带有两种信号丢失检测方式，准确识别信号的真伪，其还包含CDR和Bypass两个信号通路，可根据信号的速率灵活选择信号通路，并通过数字寄存器调整各个模块的性能参数，最终优化数据的传输质量和整体功耗。内置的电源管理模块能很好的控制芯片的整体功耗，满足数据中心对功耗以及散热的严格要求。总体而言在性能、面积和功耗上形成竞争优势。
附图说明
图1是本发明所述基于OTN传送技术的光接收芯片的结构示意图；
图2是采用本发明所述基于OTN传送技术的光接收芯片构建的收发一体芯片示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出基于OTN传送技术的光接收芯片的整体框架结构，将对性能要求较高的TIA，融合进RX芯片内部，节约制造和使用成本，满足了应用场景下的封装要求。LA 部分具有OMALOS和RSSILOS两模块，可对上级TIA传输来的信号进行幅度检测或者均值检测，满足要求后关闭静噪功能，输入模块CTLE(Continuous Time Linear Equalizer 连续时间线性均衡)和输出驱动(CML Buffer)正常传输数据。LA部分在FC模式下，速率判决模块将自动引导信号选择CDR或者Bypass通路优化高速衰减的传输信号。数字部分Digital通过两条信号线SCL和SDA与主机通讯，实现对光接收芯片内部参数的控制和数据传输质量的优化。为了满足数据中心对芯片功耗的严格控制，内置的DCDC能够降低光接收芯片的整体功耗，降低光模块硬件成本，利于光模块小型化。
以上均是该发明实现方式的关键。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于OTN传送技术的光接收芯片，包括接收机RX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；
数字控制单元Digital用于给RX提供控制信号；
电源模块POWER用于为芯片提供工作电源；
接收机RX中的限幅放大器LA包括线性均衡器CTLE、光调制幅度信号丢失模块 OMALOS、接收信号强度指示模块RSSI LOS、多速率时钟数据恢复模块CDR、信号旁路ByPass、光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision、数据选择器MUX、监视时钟MONITORCLOCK和带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF；
28G跨阻放大器28G_TIA的输入端通过芯片引脚PINA连接光电二极管PD的阳极，光电二极管PD的阴极连接芯片引脚PINK；
28G跨阻放大器28G_TIA的两输出端分别连接线性均衡器CTLE的两输入端、光调制幅度信号丢失模块OMA LOS的两输入端；
28G跨阻放大器28G_TIA流出的RSSI监视电流给接收信号强度指示模块RSSI LOS；
光调制幅度信号丢失模块OMA LOS和接收信号强度指示模块RSSI LOS的控制信号输出端分别连接线性均衡器CTLE的控制端、带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的控制端和芯片引脚RX_LOS；
线性均衡器CTLE的输出端分别连接多速率时钟数据恢复模块CDR的输入端、信号旁路ByPass的输入端和光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision的输入端；
光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision的控制信号二选一的输出至多速率时钟数据恢复模块CDR的控制端口或ByPass的控制端口；
多速率时钟数据恢复模块CDR的数据信号输出端连接数据选择器MUX的一输入端；
信号旁路ByPass的数据信号输出端连接数据选择器MUX的另一输入端；
数据选择器MUX的输出端连接带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的输入端；
多速率时钟数据恢复模块CDR的时钟输出端连接监视时钟模块MONITOR CLOCK 的输入端；
监视时钟模块MONITOR CLOCK的正负输出端分别连接芯片引脚MCLKP和 MCLKN；
带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的两输出端分别连接芯片引脚OUTP和OUTN。
位于数据中心的接收芯片承接点对点的海量数据的接收，因此接收芯片的高速前端放大器即跨阻放大器TIA的性能极为重要，该TIA接收来自光电二极管PD阳极输入端的高频微弱电流，并将之转化为一定幅度的电信号输出给下一级LA进一步将信号放大至限幅状态。光电二极管PD的阴极输入端PINK输出高频微弱电流，经过低通滤波且镜像成直流电流供RSSILOS(Received Signal Strength Indication，Los Of Signal接收信号强弱指示)模块判断信号的大小是否满足协议要求，如果不满足要求则关闭CML BUFF和CTLE 模块，同时将判断结果传递给芯片外(通过RX_LOS引脚)的主机。或者采用OMALOS (opticalmodulation amplitude,Los Of Signal光调制幅度)去判断TIA输出放大电信号是否满足设置的阈值要求。如果不满足要求则关闭CML BUFF和CTLE模块，同时将判断结果传递给芯片外(通过RX_LOS引脚)的主机。内置的TIA产生的益处分为以下几点：①减小了片外电路的占地面积；②去除了交流耦合电容采用直流耦合的方式直接连接LA 的输入级CTLE，避免了TIA的输出级需要用较大的功耗来驱动原本的交流耦合电容；③内部优化输出走线，避免了原本PCB走线对高速信号的衰减，减轻了后续电路CTLE和 CDR对信号优化的压力。线性均衡器CTLE将28G跨阻放大器28G_TIA输出的衰减信号进行高频补偿。由于工艺制造可能存在器件不匹配使得眼图交叉点偏离眼高与眼底50％的中心点(眼交叉点可能在70％的位置)，故内置的OC(offset cancel环路可自动校正该失调，或者通过CPA模块将偏离的眼交叉点重新拉回50％的位置。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一进一步限定。
光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision择一启动多速率时钟数据恢复模块CDR或信号旁路ByPass作为信号通路，择一启动多速率时钟数据恢复模块CDR或信号旁路ByPass路径包括两种方式：
第一种，在FC模式时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision启动，当光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision检测到信号是8G FC时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision控制启动信号旁路ByPass作为信号通路；当光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision检测到信号是16G/32G FC时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision控制启动多速率时钟数据恢复模块CDR 作为信号通路；
第二种，在非FC模式时，信号旁路ByPass作为1～28.1Gbps信号速率的信号通路；多速率时钟数据恢复模块CDR支持19～28.1Gbps信号速率的信号通路或19/2～28.1/2Gbps信号速率的信号通路，信号通路和CDR的时钟速率选择由数字寄存器进行配置。
CDR的锁定时钟可通过MONITOR CLOCK模块进行8/16分频后输出到芯片外作为Trigger触发信号。
输出级为电流模式逻辑输出电路，配合去预加重电路，能够有效的提高信号的上升/ 下降速度。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二进一步限定。
数字控制单元Digital包括模数转换器ADC、从I2C Slave I2C、控制寄存器数字核Register Control Digital Core、TIA模拟电路部分控制端口和LA模拟电路部分控制端口；其中TIA模拟电路部分控制端口包括速率选择RS、温度补偿TC、可变增益放大器VGA、接收信号强弱指示增益RSSI GAIN，LA模拟电路部分控制端口包括线性均衡器CTLE、眼图交叉点调整CPA、信号丢失阈值设定LOS_TH、时钟数据恢复环路带宽调整 CDR_LBW、输出摆幅调整OP_SWING和去加重程度调整DEEMPH；
从I2C Slave I2C的输入端连接芯片引脚SCL；
从I2C Slave I2C的输入输出端口连接芯片引脚SDA；
模数转换器ADC接收温度信号TEMP、监视电流RSSI和电压信号VCC；
模数转换器ADC的数字输出端口连接数字控制寄存器核Register ControlDigitalcore 的输入端；
控制寄存器数字核Register Control Digital Core分别输出控制信号给TIA的速率选择 RS、速率选择RS、温度补偿TC、可变增益放大器VGA和接收信号强弱指示增益RSSIGAIN；
控制寄存器数字核Register Control Digital Core分别输出控制信号给LA的线性均衡器CTLE、眼图交叉点调整CPA、信号丢失阈值设定LOS_TH、时钟数据恢复环路带宽调整CDR_LBW、输出摆幅调整OP_SWING和去加重程度调整DEEMPH。数字控制单元 Digital能够对TIA和LA内部完成配置。
TIA内可配置的功能有：
速率选择RS、温度补偿TC(补偿高温带宽下降问题)、可变增益放大器VGA(调整TIA的增益)、接收信号强弱指示增益RSSI GAIN(调整镜像的监视电流大小)
LA内可配置的功能有：
线性均衡器CTLE(高频补偿强度调整)、眼图交叉点调整CPA、信号丢失阈值设定LOS_TH、时钟数据恢复环路带宽调整CDR_LBW(环路带宽越大越快的锁定数据)、输出摆幅调整OP_SWING、去预加重程度调整De_Emphasis等
12位高精度ADC将转换芯片内部一些关键信息比如：RSSI的电流值大小、工作电源电压VCC、内部环境温度TEMP，由模拟量转换成数字量存储在数字寄存器中，通过从I2C读出到芯片外部，供主机监视芯片工作状态是否安全。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一、二或三进一步限定。
电源模块POWER包括直流斩波器DC/DC、电阻R33和R44；
直流电源VDC为激光驱动器提供工作电源，同时，直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1.8V并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1.8V分别给接收机RX的限幅放大器LA和数字控制单元Digital提供工作电源；
直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R33的一端和芯片引脚CAP；芯片引脚CAP通过电容C11接地；
电阻R33的另一端同时连接电阻R44的一端和直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R44的另一端连接地；
直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW；芯片引脚SW通过电感 L11连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VCC；芯片引脚VCC连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN；芯片引脚EN同时连接电容 C22的一端和直流电源VDC的正极；电容C22的另一端接地，直流电源VDC的负极接地。
由于本芯片的应用场景为数据中心，数据中心对产品的功耗和大小相当敏感，因此需要尽可能的降低接收芯片的功耗和面积。
传统的接收芯片电源方案一是给接收芯片提供3.3V的电源电压，然后经过芯片内部的LDO将3.3V电源电压降低至1.8V使用，LDO作为电源的效率通常较低，该种方案芯片的整体功耗为330mW。本发明使用电源效率更高的DCDC替换电源效率低的LDO， DCDC产生的电源电压供给LA(限幅放大器)、DG部分(数字控制单元Digital)，TIA 和I/O部分的电源电压是经过3.3V电源电压经过其他降压方式后供给，该方案的整体功耗为225mW，节约了105mW功耗。
相比于传统的接收芯片外部搭配一颗DCDC芯片的电源方案二，将电源电压初始的3.3V降压到1.8V后供给收发一体芯片。该种方案DCDC芯片需单独采购价格高且占用 PCB板面积，并且PCB板上的噪声会随着金属线串进芯片内部，大大影响了接收到信号的灵敏度，也不利于数据中心内光模块降低成本和小型化；并且通用化的DCDC无法满足收发一体芯片日趋数字化的设计需求。本专利根据接收芯片的功耗需求量身设计一款 DCDC内置在接收芯片里，该款定制的DCDC具有面积小，性能强的特点。使得整个模块的成本功耗下降。
该DCDC在面积上进一步优化，例如基准电压的产生可以由芯片内的带隙基准电压模块统一提供，锯齿波振荡器也可以由芯片内同一个振荡器合成，而占据芯片版图面积最大的开关管SW，可以根据芯片的整体需求功耗合理设计它的尺寸，经过各方面的面积优化使得DCDC模块的面积仅为0.7mm2，而单颗DCDC的占地面积为4mm2。调整电阻R33 和R44的阻值，可以改变输出电压的大小(只要收发一体芯片能够在低压情况下依旧保证性能，也可以将1.8V的电源电压下调，进一步降低整体功耗)。DCDC模块也可以设计成多个电压输出端口，满足片内不同电源域的需求。调整输出电压的方式有激光修调和熔丝修调，一次性可编程(OTP)和寄存器编程等。
芯片在上电过程中首先通过POR(poweronreset)模块上电复位后再启动所有功能模块。
实施方式一至四记载的基于OTN传送技术的光接收芯片，将28Gbps速率的TIA内置，因此减小占地面积和避免了输出信号再经过PCB走线后的衰减和失真，其工作速率也能通过主机控制。LA部分可通过CTLE线性均衡器对衰减的信号进行高频补偿，补偿后进行眼交叉点调整CPA，使得信号进一步被修复。最后经过高性能CDR提取时钟恢复信号后由带有去预加重功能的输出级传输到芯片外，提高了信号的质量。在数字部分内置了多位寄存器和高精度ADC和从I2C，将各类关键数据通过SDA信号线传递给外部，也能通过该线写入优化性能的相关模块数字量，保证收发一体芯片的接收信号和发送型号的高质量。最关键的是为了确保应用于数据中心的接收芯片能满足行业内功耗要求，量身设计一颗多元化可配置的DCDC内嵌在芯片里，在性能和面积上取得优势，降低了外围电路的设计成本和占地面积。
具体实施方式五：参见图2说明本实施方式，本实施方式采用实施方式一至四记载的基于OTN传送技术的光接收芯片构建收发一体芯片。
基于OTN传送技术的光收发一体芯片包括接收机RX、发射机TX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；
数字控制单元Digital用于给接收机RX、发射机TX提供控制信号；
电源模块POWER用于为芯片提供工作电源；
接收机RX采用实施方式一至四记载的基于OTN传送技术的光接收芯片，发射机TX采用现有技术实现。
用于收发一体芯片的数字控制单元Digital和电源模块POWER适当增加针对TX芯片的内部功能模块。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (4)

1.基于OTN传送技术的光接收芯片，其特征在于，包括接收机RX、数字控制单元Digital和电源模块POWER；
数字控制单元Digital用于给接收机RX提供控制信号；
电源模块POWER用于为芯片提供工作电源；
接收机RX包括28G跨阻放大器28G_TIA和限幅放大器LA，28G跨阻放大器28G_TIA将接收到的微弱光信号转换成电信号并放大，下一级的限幅放大器LA将电信号进一步放大至限幅状态并输出；光电二极管PD的阴极输出高频微弱电流，经过低通滤波且镜像成直流电流RSSI，供限幅放大器LA内部的接收信号强度指示模块RSSI LOS判断信号的大小是否满足协议要求，如果不满足要求则关闭限幅放大器LA内部的带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF和线性均衡器CTLE，同时将判断结果传递给芯片外的主机；或者采用限幅放大器LA内部模块的光调制幅度信号丢失模块OMA LOS去判断28G跨阻放大器28G_TIA输出放大电信号是否满足设置的阈值要求，如果不满足要求则关闭带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF和线性均衡器CTLE，同时将判断结果传递给芯片外的主机；
接收机RX中的限幅放大器LA包括线性均衡器CTLE、光调制幅度信号丢失模块OMA LOS、接收信号强度指示模块RSSI LOS、多速率时钟数据恢复模块CDR、信号旁路ByPass、光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision、数据选择器MUX、监视时钟MONITOR CLOCK和带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF；
28G跨阻放大器28G_TIA的输入端通过芯片引脚PINA连接光电二极管PD的阳极，光电二极管PD的阴极连接芯片引脚PINK；
28G跨阻放大器28G_TIA的两输出端分别连接线性均衡器CTLE的两输入端、光调制幅度信号丢失模块OMA LOS的两输入端；
28G跨阻放大器28G_TIA流出的RSSI监视电流给接收信号强度指示模块RSSI LOS；
光调制幅度信号丢失模块OMA LOS和接收信号强度指示模块RSSI LOS的控制信号输出端分别连接线性均衡器CTLE的控制端、带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的控制端和芯片引脚RX_LOS；
线性均衡器CTLE的输出端分别连接多速率时钟数据恢复模块CDR的输入端、信号旁路ByPass的输入端和光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision的输入端；
光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision的控制信号二选一的输出至多速率时钟数据恢复模块CDR的控制端口或ByPass的控制端口；
多速率时钟数据恢复模块CDR的数据信号输出端连接数据选择器MUX的一输入端；
信号旁路ByPass的数据信号输出端连接数据选择器MUX的另一输入端；
数据选择器MUX的输出端连接带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的输入端；
多速率时钟数据恢复模块CDR的时钟输出端连接监视时钟模块MONITOR CLOCK的输入端；
监视时钟模块MONITOR CLOCK的正负输出端分别连接芯片引脚MCLKP和MCLKN；
带有去预加重的输出缓冲器CML_BUFF的两输出端分别连接芯片引脚OUTP和OUTN。
2.根据权利要求1所述基于OTN传送技术的光接收芯片，其特征在于，线性均衡器CTLE将28G跨阻放大器28G_TIA输出的衰减信号进行高频补偿，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision择一启动多速率时钟数据恢复模块CDR或信号旁路ByPass作为信号通路，
择一启动多速率时钟数据恢复模块CDR或信号旁路ByPass路径包括两种方式：
第一种，在FC模式时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision启动，当光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision检测到信号是8G FC时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision控制启动信号旁路ByPass作为信号通路；当光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision检测到信号是16G/32G FC时，光纤信道模式速率判决模块FC_mode_Rate_decision控制启动多速率时钟数据恢复模块CDR作为信号通路；
第二种，在非FC模式时，信号旁路ByPass作为1～28.1Gbps信号速率的信号通路；多速率时钟数据恢复模块CDR支持19～28.1Gbps信号速率的信号通路或19/2～28.1/2Gbps信号速率的信号通路，信号通路和CDR的时钟速率选择由数字寄存器进行配置。
3.根据权利要求1所述基于OTN传送技术的光接收芯片，其特征在于，数字控制单元Digital包括模数转换器ADC、从I2C Slave I2C、控制寄存器数字核Register ControlDigital Core、TIA模拟电路部分控制端口和LA模拟电路部分控制端口；其中TIA模拟电路部分控制端口包括速率选择RS、温度补偿TC、可变增益放大器VGA、接收信号强弱指示增益RSSI GAIN，LA模拟电路部分控制端口包括线性均衡器CTLE、眼图交叉点调整CPA、信号丢失阈值设定LOS_TH、时钟数据恢复环路带宽调整CDR_LBW、输出摆幅调整OP_SWING和去加重程度调整DEEMPH；
从I2C Slave I2C的输入端连接芯片引脚SCL；
从I2C Slave I2C的输入输出端口连接芯片引脚SDA；
模数转换器ADC接收温度信号TEMP、监视电流RSSI和电压信号VCC；
模数转换器ADC的数字输出端口连接数字控制寄存器核Register ControlDigitalcore的输入端；
控制寄存器数字核Register Control Digital Core分别输出控制信号给TIA的速率选择RS、速率选择RS、温度补偿TC、可变增益放大器VGA和接收信号强弱指示增益RSSIGAIN；
控制寄存器数字核Register Control Digital Core分别输出控制信号给LA的线性均衡器CTLE、眼图交叉点调整CPA、信号丢失阈值设定LOS_TH、时钟数据恢复环路带宽调整CDR_LBW、输出摆幅调整OP_SWING和去加重程度调整DEEMPH。
4.根据权利要求1所述基于OTN传送技术的光接收芯片，其特征在于，电源模块POWER包括直流斩波器DC/DC、电阻R33和R44；
直流电源VDC为激光驱动器提供工作电源，同时，直流斩波器DC/DC将直流电源VDC转换为直流电源VCC1.8V并通过引脚VOUT输出，所述直流电源VCC1.8V分别给接收机RX的限幅放大器LA和数字控制单元Digital提供工作电源；
直流斩波器DC/DC的输出端VOUT同时连接电阻R33的一端和芯片引脚CAP；芯片引脚CAP通过电容C11接地；
电阻R33的另一端同时连接电阻R44的一端和直流斩波器DC/DC的反馈信号端FB；
电阻R44的另一端连接地；
直流斩波器DC/DC的开关输入端口SW连接芯片引脚SW；芯片引脚SW通过电感L11连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的电源电压端口VCC连接芯片引脚VCC；芯片引脚VCC连接直流电源VDC的正极；
直流斩波器DC/DC的使能端口EN连接芯片引脚EN；芯片引脚EN同时连接电容C22的一端和直流电源VDC的正极；电容C22的另一端接地，直流电源VDC的负极接地。
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