德州仪器光学模块10G SFP+整体解决方案

作者：Roc Yu　德州仪器 (TI) MCU核心FAE小组

摘要
TI 10G光学模块SFP+整体解决方案是一套完整的解调演示工作光学收发器解决方案，主要应用于小型插头（SFP+）。

这种解决方案缩短了客户设计时间，从而节省客户成本，并且没有牺牲性能。通过把TI的激光驱动器ONET1101、限幅放大器ONET8501和强大的MCU MSP430组合到一个SFP+多源协议标准包中，实现上述目标。另外，文章将为您展示令人信服的设计文档和测试结果。

本应用说明为您介绍原理图、PC板布局、Gerber文件、材料清单（BOM）、固件以及图形化用户界面（GUI）；不仅仅为了实现模块化，同时也用于评估板。本解决方案还介绍了组装电路板的测试装置、测试数据和典型性能。


1、引言
增强型小型插头（SFP+）是一种紧凑型、可热插拔收发器，用于10G电信和数据通信应用。这是一种流行的工业格式，由许多系统组件厂商联合开发并提供良好支持。外形尺寸和电气接口均由一个多源协议（MSA）规定。

由于拥有完整的激光驱动器、限幅放大器光学收发器应用产品线，并结合TI强大的MCU，因此TI能够为客户提供一整套SFP+设计解决方案。我们为这种10G SFP+选择ONET1101 11.3G激光驱动器、ONET8501、限幅放大器、MSP430、MCU。

本应用说明涉及10km 10G DML基础SFP+设计详细内容和测试解决方案：包括模块端原理图、PCB布局、固件、BOM、调试技巧；另外还包括评估板原理图、PCB布局、GUI、BOM和测试结果。

2、SFP+模块图

 
SFP+包括一个收发器（激光驱动器ONET1101+DML NEC NX8341）、一个接收机（ROSA+限幅放大器ONET8501）和一个控制模块（MCU MSP430FR5738）。

3、发送器
发送器把电信号转换为光信号。
激光驱动器ONET1101放大输入信号为调制信号，并向DML提供偏置DC电流。

ONET1101L是一种高速、3.3V激光驱动器，用于以2到11.3Gbps数据速率直接调制激光器。

3.1发送器原理图：
ONET1101L拥有一个双线串行接口，帮助数字控制调制，并且具有偏流和交叉点，从而无需外部组件。ONET1101L也有一个集成自动功率控制（APC）环路，以及支持激光器安全和收发器管理系统的电路。

利用数字控制接口功能，ONET1101L让设计人员将精力集中于高速路径和阻抗匹配，以获得最佳性能。

下列原理图显示了典型DML的最佳阻抗结构。
 

3.2 PCB布局
    分布式反馈（DFB）激光器是一种低电阻组件，其一般为7?到10?。
    灵活的PCB线缆常常为一个25?单端线路
    灵活线缆与TOSA之间互联存在反射。
    精心布局和阻抗匹配的电路，对获得更高的性能至关重要。

这种解决方案有一个演示工作布局，如下所示：

 
3.3 计算方法
ONET1101L激光二极管驱动器经过优化，以驱动50?差动输出传输阻抗。

低功耗设计时，它拥有一个500?差动后端接。由于LR DFB TOSA仅有10?阻抗（近似值），因此如果没有添加传输电路反射情况更糟糕。传输电路的作用是驱动负载阻抗从驱动器端靠近50?。

输出阻抗：MOD±输出的差动电阻为：
 
典型RTOSA约为10?，优化后的R1~R4为：
 
则ZOUT为：