千兆位以太网用光纤收发器设计

前言

　　千兆位以太网速度快、带宽大且兼容性好，具有比传统标准以太网更强大的功能。快速以太网光纤收发器不仅大大简化局域网的设计，而且可以保护原有铜缆LAN设备的投资，成为当前市场的迫切需要。

　　Avogo Technologies生产的HFCT-53D5光纤收发器可让设计者实现单模千兆位以太网应用的解决方案。该产品由三部分构成：光发射器、光接收器以及内置双工SC连接器的机盒。发射器包含一个符合GE LX规范的1300nm激光器，它是由一个定制的、硅双极IC驱动的，将差分PECL逻辑信号变换为激光二极管模拟驱动信号。接收器含有一个InP—PID光电二极管，它与一个定制的硅双极跨导型前置放大器IC安装在一起，并连接至后置放大器与数字化电路。后置放大器中设置的信号检测电路，一旦检测到有用的光信号就提供一个PECL逻辑高信号，这个单端PECL输出通过一个50?负载驱动标准PECL输出。机盒由高强度、抗热、抗化学腐蚀和良好阻燃性的塑料制成，整体设计有极高的抗干扰和EMI性能。

　　主要指标：

　　符合IEEE-802.3z千兆位以太网规范。

　　采用1×9封装样式行业标准中间件。

　　性能：550m 62.5/125?m MMF

　　550m 50/125?m MMF

　　10Km 9/125?m SMF

　　IEC 60825-1类/CDRH 1类激光眼睛安全性。

　　ROHS符合性。

　　光功率预算

　　光纤链路最低光功率预算(OPB)是由最小发射器输出光功率(dBm avg)与最低光接收器灵敏度(dBm avg)之差决定的。OPB是光纤链路正常工作所必需的光信号强度。OPB用来补偿光纤损耗和相应链路损耗，即OPB必须考虑到所有可能影响链路性能的损耗。IEEE802.3z标准定义了62.5/125?m和50/125?m两种多模光纤，并已建立模型，规定了光纤损耗参数;此外，对1300nm F-P激光器单模光纤亦已建模并确定光纤损耗参数。MFCT-53D5安全满足LX 5Km标准，还采取了限制发射器的中心波长和频谱宽度，增加光输出功率与提高灵敏度等措施，使之有相当冗余量来支持10KmGE链接。

　　信号检测

　　信号检测电路提供一个判断输出信号，用来表示IEEE802.3z规范定义的链路是开放的，或发射机是关闭的。信号检测阈值是这样设置的，当最低接收机输入可使用功率小于-30dBm avg时，该信号从高态过渡成低态。这里，-30dBm avg就表示光路故障时输入光功率，例如接收器或发射器未插入连接器，光纤断裂、远端信号源或发射器故障等。信号检测信号只有在接收到编码8b/10b信号时才指示链路工作是正常的。当然，信号检测并不涉及检测接收数据出错或误码率问题，这些问题由后面的信号处理电路来解决。

　　数据线互连

　　该收发器可直接与+5V PECL信号互连。发射器输入是直流耦合至激光器驱动电路的，亦即在输入处，并未设置电容耦合的50?终端电阻。激光器的驱动电路也是直流耦合的，使各种占空比数据图形的输出光功率相对地平衡。如果数据具有长又连续的状态时间，输出光功率则会渐渐地将其平均值改变至它的预设值。

在接收器部分，前置放大器与后置放大器之间是交流耦合的，而后置放大器输出的实际数据是直流耦合至各自的输出引脚。信号检测输出是单端、+5V PECL信号，也是直流耦合至它的输出引脚。当然，在收发器与支持的物理层集成电路之间应设置正确的互连电路，图1是推荐的接口电路。

　　符合性声明

　　电子部件要符合各项有关的法规，让用户在使用时更安全、更可靠。

　　静电放电(ESD)。防止ESD损坏有两件重要的事项。一是对ESD敏感的器件应采取相应的预防措施，采用接地的跨接线，操作台和地板是防静电的。二是机壳中暴露在外部的元件，如双ISC连接器应符合强制性的系统级ESD测试标准。

　　电磁干扰(EMI)。高速收发器应满足抗电磁干扰要求，如美国的FCC、欧洲的CENELEC EN55022(CISPR22)、日本的VCCI等。电子部件要控制电磁辐射来减少对邻近设备的干扰。EMI性能还依赖于机壳的设计和电路板在机壳内的正确安装。

　　抗干扰性。收发器可能在存在无线电频率电磁场环境中使用。由于采用了良好的屏蔽设计，收发器有良好的抗干扰性能。

　　RoHS.RoHS(Restriction of Hazardous Substances)是欧盟立法制定的一项强制性标准，它的全称是《关于限制在电子设备中使用某些有害成分的指令》。主要限制镉、铅、汞、六价铬Cr6+、多溴二笨醚PBDE和多溴联笨PBB六种有害物质的含量。为此，要使用新型材料并采用无铅焊接等新工艺。

　　眼睛安全性。当光收发器发生故障时，激光对人的眼睛应是安全的，器件或是维持正常的对眼睛安全的运作，或禁止该器件工作。安全电路有3个关键元件：监测二极管、窗口检测电路和激光二极管偏流直接控制电路。窗口检测电路利用激光二极管内的光电二极管监测平均光功率，如果发生故障，直流偏置电流不能维持在预设值的±20%以内，就会发出告警信号。器件采用限流电路与光纤接头相接合的方案，保证对人的眼睛的安全性。只要发射器Vcc电压不高于7V，就不需要关闭电路。(东华)

图1 HFCT-53D5与HDMP1636A/1646A接口电路和电源滤波电路