Microsoft Word - AN4794C

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word - AN4794C"

贤忌陈
5 years ago
Views:

1 参考设计 : HFRD-49.1 Rev 0; 8/10 多速率 Gbps 至 Gbps SFP+ LR 收发器

多速率 1.0625Gbps 至 10.3125Gbps SFP+ LR 收发器目录 1 概述 2 2 参考设计详细说明 2 3 性能参数 4 4 评估步骤 9 5 SFP+ 评估软件 10 6 信号定义 18 7 元件列表 19 8 电路板布局 20 9 板层剖面 22 1 概述高频参考设计 (HFRD-49.

2 多速率 Gbps 至 Gbps SFP+ LR 收发器目录 1 概述 2 2 参考设计详细说明 2 3 性能参数 4 4 评估步骤 9 5 SFP+ 评估软件 10 6 信号定义 18 7 元件列表 19 8 电路板布局 20 9 板层剖面 22 1 概述高频参考设计 (HFRD-49.1) 为光收发器, 在小外形可插拔 (SFP+) 设计中用于演示 MAX3946 激光驱动器 MAX3945 限幅放大器以及 DS1878 控制器的功能 MAX3946 优化用于驱动差分光发射组件 (TOSA), 包含 DFB 或 FP 激光器, 通过 25Ω 柔性电路连接输出级的独特设计成就了无与伦比的 TOSA 方案, 有效降低空间限制并具有更低功耗 MAX3945 限幅放大器标准要求严格的设计, 工作在 1.25Gbps 或 Gbps 数据速率所有差分输入和输出 (I/O) 优化于 50Ω 传输线印制板 (PCB) 端接背板 MAX3945 的双通道限幅放大器具有可编程滤波器, 针对不同的数据速率进行优化, 抑制光传输系统可能产生的振荡 MAX3945 提供两路信号丢失检测 (LOS) 电路和可编程时间屏蔽, 用于 LOS 输出指示 Maxim 的 DS1878 状态机控制器提供 3 线接口, 连接 MAX3945 和 MAX3946 通过 DS1878 的标准 MSA I 2 C 接口与 SFP+ 模块通信 DS1878 提供所有必要的诊断功能和寄存器, 支持 SFF-8472 设计 2 参考设计详细说明激光驱动器特性 : 1. 峰值整形 2. 脉宽调理 3. 偏置与调制控制 4. 输入均衡 5. 驱动器背向端接 6. 全差分驱动 7. 调制电流高达 80mA 8. 故障检测功能限幅放大器特性 : 1. 可调节输出 CML 电平 2. 输入带宽选择 3. 输出预加重使能 4. 5mV 输入灵敏度 5. LOS 极性设置 / 禁止 6. 可编程 LOS 电平请参考 MAX3945 和 MAX3946 数据资料, 获取更多信息, 可从以下网站下载 : china.maxim-ic.com/max3945 和 china.maxim-ic.com/max3946 本参考设计已配合 NEC TOSA 模块 NX8346TY 和 NEC ROSA NR3312 通过评估测试 Page 2 of 22

3 图 1. HFRD-49.1 原理图 Page 3 of 22

3 性能参数 (TOSA:NX8346TY;ROSA:NR3312) 表 1. 光发送器输出眼图数据源 :Anritsu 数据模板 :2 31-1 PRBS 速率 :10.3125Gbps 电平 :0.

4 3 性能参数 (TOSA:NX8346TY;ROSA:NR3312) 表 1. 光发送器输出眼图数据源 :Anritsu 数据模板 : PRBS 速率 : Gbps 电平 :0.5V diff P-P 功率 : 约 -2dBm ER: 约 5dB 去加重 :3% 输入均衡设置 :4 至 6,450mV 至 700mV 接收器参考 :86105C 10 C 30 C 50 C 70 C 85 C Page 4 of 22

5 Agilent 86105C Tektronix 80C12-10G 图 2. Agilent 和 Tektronix 测试系统模板裕量比较 70 NX8346TY: Mask Margin vs. Mask Hit Rate 10,000 Waveforms 60 Margin [%] Agilent 86105C TEK 80C12-10G 0 1.E-08 1.E-07 1.E-06 1.E-05 1.E-04 1.E-03 1.E-02 图 3. 光发送器模板裕量与模板命中率 Mask Hit Rate Page 5 of 22

6 表 2. 接收器输出眼图(SET_CML = 200) Gbps 231-1, 0dBm, bandwidth 9GHz 1.25Gbps 27-1, 0dBm, bandwidth 1GHz Gbps 231-1, -15dBm, bandwidth 9GHz 1.25Gbps 27-1, -20dBm, bandwidth 1GHz Gbps 231-1, -20dBm, bandwidth 9GHz 1.25Gbps 27-1, -25dBm, bandwidth 1GHz Page 6 of 22

7 Bias and Modulation Current Power Monitor and Extinction Ratio Current [ma] *Log(IPD) [db] IPD Monitor Extinction Ratio [db] 10 Bias Current Modulation Current -5 Extinction Ratio Temperature [C] Temperature [C] 图 4. 偏置与调制电流图 5. 功率监测与消光比 1200 Power Consumption 1.E-03 BER Curves 1.E E E-06 Power [mw] E-07 1.E-08 1.E-09 1.E-10 1.E Gbps 2^ Gbps 2^ Temperature [C] 1.E Ave Power dbm [Er~5dB] 图 6. 功耗图 7. 接收机 BER 性能 Page 7 of 22

8 0 SDD Input 0 SDD Output Level [db] Level [db] SDD_Output -30 SDD_Input -30 Spec -35 Spec Frequency [MHz] Frequency [MHz] 图 8. I/O 回波损耗 ( 包括电缆主板连接器和模块 ) Transmit Disable Transmit Disable Optical Output 200 usec Optical Output 200usec ISTEP = 7, APC_SR = 000 图 9. 发送使能 / 禁止时序 Page 8 of 22

9 4 评估步骤可以在任何主板上评估 HFRD-49.1, 但是, 为了充分利用 Maxim 提供的 GUI 的优势, 推荐使用 Maxim 的主板 HFRD-30.1 ( 关于主板的详细信息, 请参考 HFRD-30.1 参考设计 : nce_designs/) 图 10 给出了主板和相关连接, 与激光二极管配合使用时, 需严格注意安全操作激光辐射可能导致人身伤害, 损伤眼睛 Maxim 不对由于使用该参考设计造成的损失伤害作出赔偿用户有责任安全操作本参考设计 SFP+ TEST SETUP BLOCK DIAGRAM Computer USB Interface Pattern Generator, BERT, Serializer, Deserializer or FPGA Received Data Transmit Data SMA SMA SMA SMA 20- Pin SFP SFP+ Host Board (HFRD-30.1) HFRD-49.1 Fiber Fiber Optical Test Equipment Power Supply 图 10. HFRD-49.1 和 HFRD-30.1 主板 PCB Page 9 of 22

10 1) 出货时, 模块上可以安装或者不安装 NEC TOSA 和 ROSA 如果是由用户提供 NEC 光组建, 必须在进行任何处理之前首先安装好这些组件请参考本文当第 2 页照片上的方位安装 TOSA 和 ROSA 2) 从主板开始, 通过等长的高速 SMA 同轴电缆或匹配的 SMA 电缆对在 Tx 数据输入端连接一个差分模板发生器模板发生器的输出电平应该设置在 0.5V 标称差分电压 3) 将主板的 Rx 数据 SMA 输出连接到示波器或由模板发生器触发的 BERT 4) 将一台计算机连接到主板的 USB 口, 在该计算机上安装随参考设计提供的 GUI 软件 5) 把电源连接到主板的 3.3V 端子, 电源电流限制在 300mA, 不要打开电源 6) 将 HFRD-49.1 模块插入主板 7) 仔细地将单模光纤电缆插入 TOSA 套管内 ; 注意不要压坏 TOSA 柔性接头如果偶然移动光纤, 应确保光缆不会损坏 TOSA 8) 通过光电转换器或者光插件模块 ( 例如 : Agilent 86105C), 将光纤的另一端连接至高速示波器光电转换器应具有足够的带宽, 以支持工作比特率, 并且可以探测 1310nm 波长注 : 设计中使用的 NEC TOSA 能够产生 1mW 的光功率, 如果光功率超出了光电器件输入功率的额定值, 则需加入衰减 9) 查看接收器输出时, 在主板差分输出和示波器之间连接等长高速 SMA 同轴电缆 10) 将单模光纤连接到 ROSA, 按照上面第 7 步中介绍的措施, 仔细进行操作 11) 通过光衰减器将光纤的另一端连接至高速 1310nm 光源 12) 主板加电, 禁止发送器操作, 吸收电流应小于 150mA 13) 在没有运行 GUI 时, 为使能光输出, 将主板上的 Tx 禁止测试点连接至地应能够在示波器上观察到光发送眼图如果用户已经安装了 TOSA, 则必须调整工作点 ( 偏置 ) 和激光器的调制, 以获得所需要的输出电平可以按照第 5 节介绍的指令步骤进行调整 14) 还应测试接收器输出和 LOS 如果采用外部参考发送器作为光源来测试接收器, 将激活输出电眼图主板上的速率选择端 ( 引脚 7) 被上拉至高电平, 使接收器设置在最大宽带, 降低增益 5 SFP+ 评估软件用户可通过 GUI 访问并修改 DS1878 MAX3945 和 MAX3946 的设置 GUI 还显示几项监测功能 : 温度 V CC 激光监测器电平偏置电流 RSSI 电平所显示的 V CC 温度偏置电流和监测电流电平均为校准后的状态,RSSI 电平未经校准, 显示电平单位为毫伏用户可以访问适当的 DS1878 寄存器, 校准 RSSI 以指使接收功率也可以编程报警门限电平, 通过调整 DS1878 的校准系数, 可以将 TOSA 监测电平 (µa) 转换成 TOSA 发射功率 (µw) Page 10 of 22

11 5.1 GUI 操作 1. 按照第 4 节列出的步骤准备模块并进行测试, 首先关闭模块电源 2. 打开 GUI,DUT 没有供电屏幕上将显示以下内容 Page 11 of 22

12 打开 DUT 电源 4. 按下 USB Connect 按键, 1 应出现上述截屏 5. 确认 Tx 禁止, 2 ( 触发 TX- 使能 / 禁止按键 ) Page 12 of 22

13 选择 MAX3946 标签 3 7. 选择标准工作模式 4 主发送器控制如右下方所示 : 5 Tx 极性 : 未选中,Tx 极性反相 Tx 脉冲宽度 : 设置 MAX3946 的占空比脉冲宽度 Mod 最大值 : 设置 MAX3946 可接受的最大调制电流最大偏置 : 设置 MAX3946 可接受的最大偏置电流 Mod 值 : 设置调制电流 ( 选择手动调制模式时 ) 偏置值 : 设置偏置电流 ( 选择手动调制模式时 ) 输出去加重 : 设置 MAX3946 输出去加重 ( 四种选择 ) 输出均衡器 : 使能输入均衡器并进行设置 ( 四种选择 ) 5 Page 13 of 22

14 7 6 8 触发 TX 禁止 / 使能按键, 开启激光器 6 注 : 出厂时, 最大偏置设置在大约 100 ( 约 45mA), 该设置在没有正确调整 APC 电平时有助于避免损坏用户安装的 TOSA 利用 NEC NX8346TY TOSA 设置测试 APC 电平调制和激光器偏置电流的灰度输出应该显示在 Mod 值和偏置电流值栏内 7 Page 14 of 22

15 选择主表, 则出现上述截屏监测数值显示在右上方 : 8 温度 : 由 DS1878 测量电源电压 : 由 DS1878 测量偏置电流 : 由 DS1878 监测的 MAX3946 偏置 Mon 引脚 TX PD 电流 : DS1878 Mon2 电压 RSSI 电平 : DS1878 Mon3 ( 以地和 V CC 为参考点 ) APC 和调制设置显示在右下方 : 9 模式 : 选择闭环 APC 或开环模式 APC 环路 : 用于设置 APC 查找表的 LUT 调制电流 : 用于设置调制电流查找表的 LUT 10. 针对特定的激光器设置 APC 电平, 选择 LUT 10 9 Page 15 of 22

12 14 13 11 弹出上述窗口, 编程整个温度范围内保持恒定的 APC 数值, 完成下列操作 : 10.1 输入所要求的数值 11 10.

16 弹出上述窗口, 编程整个温度范围内保持恒定的 APC 数值, 完成下列操作 : 10.1 输入所要求的数值点击选择全部点击填写关闭弹出的窗口按照上面的步骤 10 配置调制查找表 Page 16 of 22

17 配置 MAX3945, 选择 MAX3945 表 15 接收器通用控制包括 :16 使能 Rx 控制 : 开启 MAX3945 输出使能 Rx 自动归零控制 : 开启消失调功能数据通道控制包括 :17 30ps 摆率 : 输出摆率调节输出电平 : 设置 CML 输出电平至 256 输出滤波带宽 : MAX3945 输入端的滤波器带宽输出去加重 : MAX3945 输出端 LOS 控制输入包括 : 18 LOS Th (RS = 低电平 ): 设置对应于速率选择为 0 时的门限 LOS Th (RS = 高电平 ): 设置对应于速率选择为 1 时的门限 Page 17 of 22

18 6 信号定义 Connector Pin I/O Type Name Definition 1, 17, 20 VEET Module transmitter ground (Note 4) 2 LVTTL Output 3 LVTTL Input 4 LVTTL Input Output TX_FAULT TX_DISABLE Transmitter fault output (Note 1); the transmitter is disabled when TX_FAULT is asserted. Transmitter disable input; the transmitter is disabled when TX_DISABLE is asserted. MOD-DEF2 A 2-wire serial interface, bidirectional data line (Note 1) LVTTL Input MOD-DEF1 A 2-wire serial interface, clock line (Note 1) LVTTL Output LVTTL Input LVTTL Output LVTTL Input MOD-DEF0 RATE SEL1 LOS RS0 Pin is pulled low by the SFP+ module to indicate to the host controller that a module is present (Note 1). Optional bandwidth selection input Receiver loss-of-signal output (Note 1); output is high when receiver input signal is below the set threshold (Note 2). Optional bandwidth selection input (not used in HFRD-49.1) 10, 11, 14 VEER Module receiver ground (Note 4) 12 Output RD- Inverted received data output, AC coupled inside the SFP+ module 13 Output RD+ Noninverted received data output, AC coupled inside the SFP+ module 15 VCCR 16 VCCT 3.3V receiver power-supply connection; can be internally connected to VCCT inside the SFP+ module (Note: 3). 3.3V transmitter power-supply connection; can be internally connected to VCCR inside the SFP+ module (Note: 3). 18 Input TD+ Inverted transmit data input, AC coupled inside the SFP+ module 19 Input TD- Noninverted transmit data input, AC coupled inside the SFP+ module 注 1: 集电极开路输出这些引脚必须在主板上通过 4.7kΩ 至 10kΩ 电阻拉高 (2.95V 至 3.65V) 注 2:HFRD-49.1 中, 可根据需要设置 LOS 反相注 3:VCCR 和 VCCT 在 HFRD-49.1 内部连接在一起注 4:VEER 和 VEET 在 HFRD-49.1 内部连接在一起 Page 18 of 22

19 7 元件列表 Reference Qty Value Description C1 C3 C8 C10-13 C uF CHIP CAPACITOR (0201) C15 1 DNI CHIP CAPACITOR (0201) C pF CHIP CAPACITOR (0201) C17 C20-21 C23 C25 C uF CERAMIC CAPACITOR (0402) C2 C4 C18 C uF CERAMIC CAPACITOR (0402) CERAMIC CAPACITOR (0204) AVX LG124C104MAT2S1, ALT PART (TAIYO YUDEN JWK105BJ104MP-F) C5-6 C35 C uF C uF CERAMIC CAPACITOR (0402) C uF CHIP CAPACITOR (0201) C7 C19 C uF CERAMIC CAPACITOR (0402) C9 C pF CERAMIC CAPACITOR (0402) L1 L5 L7-8 4 CHIP BEAD, MURATA BLM15HG102SN1 L10 L4 (note 1) 2 CHIP BEAD, MURATA BLM15GG471SN1D L uH Yuden inductor, LBMF1608T470K L uH Yuden LBMF1608T100K L2 L11 2 CHIP BEAD, MURATA BLM15BD601SN1 L6 L13 (note 1) 2 LQW15AN19HJ00 R1 1 1k RESISTOR (0402) R12 R RESISTOR (0402) R13 R k CHIP RESISTOR (0201) R4 R15 R17 R25 R26 2 DNI CHIP RESISTOR (0201) R16 R k CHIP RESISTOR (0201) R19 R CHIP RESISTOR (0201) R2-3 R8-11 R k RESISTOR (0402) R k RESISTOR (0402) R6 R14 R CHIP RESISTOR (0201) R7 R CHIP RESISTOR (0201) U1 1 DS1878, SFP+ Controller with Digital LDD Interface U10 1 Current Mirror, NXP BCM857BV U2 1 MAX3946ETG+ U3 1 MAX3945ETE+ U4 1 ROSA (USER SUPPLIED) U5 1 PMOS TRANSISTOR FAIRCHILD FDN302P U6 1 TOSA (USER SUPPLIED) 注 1: 数值取决于 TOSA 用户可以自行决定, 把他们的 TOSA 发送给 Maxim Maxim 将对元件值进行调整, 以获得最佳眼图裕量有些 TOSA, 可能需要其它元件 ( 没有给出 ) 来改善眼图性能 Page 19 of 22

20 8 电路板布局图 11. 电路板布局, 顶层第 1 层图 12. 电路板布局, 地层第 2 层图 13. 电路板布局, 信号线和 V CC 第 3 层 Page 20 of 22

21 图 14. 电路板布局, 信号线第 4 层图 15. 电路板布局,V CC 层第 5 层图 16. 电路板布局, 底层第 6 层 Page 21 of 22

22 9 板层剖面 HFRD-49.1 采用阻抗受控的传输线, 板层剖面如图 17 所示假设介电常数为 4.3 Layer oz 6 mil 6 mil 6mil 23 mil pre-preg 4.5mil Layer oz Core 4mil Layer oz pre-preg as needed Layer oz Core 4 mil Layer oz pre-preg 4.5 mil Layer oz 图 17. HFRD-49.1 板层剖面 Agilent 是 Agilent Technologies, Inc. 的注册商标和注册服务标志 Tektronix 是 Tektronix, Inc. 的注册商标和注册服务标志 Page 22 of 22

Microsoft Word - AN3730CRev7PR2.doc

Microsoft Word - AN3730CRev7PR2.doc 参考设计 : HFRD-19.2 Rev. 7; 11/08 自 2008 年 7 月起, 将不再提供该参考设计的电路板如需 Gerber 文件和原理图, 请提交申请参考设计 850nm XFP 收发器目录 1. 概述... 2 2. 获取更多信息...2 3. 参考设计详细说明... 3 4. 推荐