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SPF光收发模块的数字诊断监测功能的实现和应用

摘要

SFP光收发模块广泛应用于实际网络,本文提出了一种应用程序和监控系统的实现。本文分析了智能SFP光模块的数字监控诊断的基本原则功能。然后介绍了设定触发器- 8472协议架构和I2C总线的基本原则。采用这个系统,关键光收发模块的参数监控可以实现。并且测试该系统光收发模块基础上的结果是根据该系统的需求。

关键词：SFP、数字诊断、实时监控、I²C总线

1 介绍

随着有越来越高的对网络的带宽的需求与各种业务需求的增长，光纤通信网络也随之快速发展。光收发模块光纤通信网络的模块的关键技术已得到广泛应用同步光纤网络(SONET)和同步数字序列(SDH),异步传输模式(ATM),纤维分布式数据接口(FDDI)和快速以太网和千兆以太网和其他系统。智能SFP光模块,即使用数字诊断SFP光模块,是一个符号和技术升级的产物供应商。它可以帮助网络管理部门真正的-时间监控收发器温度、供应电压、激光偏置电流,以及传输接收光功率等参数。测量这些参数可以帮助识别光纤管理单元的位置失败,简化维护和提高系统的可靠性。这个论文是基于数字诊断的设计和实现光学模块的监控系统，在这个系统通过单片机双线串行总线访问和阅读相关的需要解决的模块参数,在同一时间通过液晶显示器实时的参数模块显示出来。该系统具有CDR的部分(时钟和数据恢复),它包括可以用来重设信号和时钟恢复信号的模块和进行数据监控硬件技术指标模块。

2 数字诊断和I2C总线的基本原理和功能

2.1 数字诊断的基本原则

我们设定触发器SFF- 8472MSA涵盖了所有规范的数字诊断的功能和相关的细节设定触发器SFF- 8472。并且还规范提供了,在北部的电路板模块上参数的检测和数字化信号，然后它提供校准的结果或数字测量的结果以及校准参数信息存储，信息存储在两个系列的接口中。保留原来的SFP / GBIC在设定触发器SFF- 8472地址映射地址A0h，并添加一个256字节A2h存储单元的地址。该触发器除了提供的检测信息参数,还可以提供警告的定义的迹象或报警条件,各种指针的镜像、控制和用户可写的存储单元。如图1所示：

图1 SFP模块内部存储单元结构

2.2 I²C总线的就基本原则

I²C总线全篇主要就是介绍了飞利浦公司I²C总线通信接口，它是一个简单的、双向的、同步串行总线。并且该接口只需要两行线其中包括串行时钟线和串行数据线来连接到总线，通过这两行总线来在信息设备之间传输信息。也就是说，总线是在主机系统与多个需要决定的设备和高速同步函数的一种高性能串行总线,并且它有一个广泛的应用程序。

I²C总线主要的模式是在一个I²C总线系统中，在这个系统中只有一个单片机总线,和其余的I²C总线所连设备。因为一个单片机只有一个总线是主节点,并且这个主节点永远占领一个单片机系统总线,所以将不会对其他节点产生任何影响和竞争,主要节点的节点必须有自己的地址。同时对于外围设备来说，只需要每个设备都有自己的地址,其中两个I /O端口线SCL(时钟线)和SDA(数据行)可以虚拟I²C总线接口。I²C总线将对主数据和从数据的传输数据被称为一帧,其中包括起始信号、地址代码、数据的字节数,以及停止信号响应,等等。在传输开始时,主机通过发送起始信号(即SCL时钟线在高电平的时候,SDA数据行线在产生下降沿的时候),地址通过机器代码（8）来读写信号，在通信结束的时候主机会发送一个停止信号(即SCL线为高电平,SDA产生上升沿的时候)。在数据传输过程中,SCL线为高电平,其中最重要的是要确保SDA数据线的稳定性。一个响应信号必须由接收器发送一个字节的数据。所以 ，在发送时，首先需要发送高电平，在每一个开始发送传输信号开始,接收到结束的信号的时候停止。当总线传输字节,你可以控制时钟信号,可以使你在传输中的进行悬挂，这次的应答信号是低级的SCL 变量，控制总线是否悬挂。在临时总线停止主节点请求时也可用相同的方法使用。I²C总线通信格式所示图2：

图2 I²C总线通信格式

2.3 SFP收发器模块光寻址模式

两位表示是否有必要主机执行地址变化序列在2线串行地址A2h访问信息。如果没有设置,主机可能只是读取地址,A0h或者A2h,通过使用该值在此2线通信地址字节序列。如果设置了一些,下面的序列在访问之前必须执行信息地址A2h。一旦A2h被访问时,它会有必要执行地址更改从A0h序列之前再次进行阅读。地址改变序列被定义为以下步骤2线串行接口:

1. 主机控制器执行启动条件,一个从地址0b00000000紧随其后。注意R / W的这个地址表明从主机到设备( 0 b)转移。

2)设备响应ACK。

3)主机控制器传输0b00000100(04 h)下一个8位的数据。这个值表示设备是改变其地址。

4)设备响应ACK。

5)主机控制器传输以下之一值作为下一个8位的数据:0bxxxxxx00-specifies串行ID内存页面0bxxxxxx10-specifies数字诊断内存页面。

6)设备响应ACK。

7)主机控制器执行停止条件。

8)响应设备更改地址,上面的步骤5字节值:

0bxxxxxx00到 b1010000x地址变成0(A0h)

0bxxxxxx10到 b1010001x地址变成0(A2h)

3 监控系统的模块的设计原则

3.1 监控系统的设计原则

图3显示的是原理图系统的设计、通过监控平台读取相关的光学模块的内存，通过单片机实现(SCM)的CDR和通过液晶来显示LCD时间参数,所以结果是直观并且是容易理解的。与此同时，监控平台与外部连接，通过连接总线来方便调试串口。在这个监控平台,SFP模块和CDR通过单片机与I2C总线进行通信实现(SCM),SFP的寄存器地址模块1010000 x(A0),1010000 x(A2),CDR模块中SFP-side(写的地址模式地址0x80)。SFP模块通过一个外部设备接收到了光信号，这个光信号改变了光伏部件的测试，经过CDR的时钟和数据进行对光信号的恢复，然后针对一些误比特率等参数来进行对消光比、灵敏度等参数的测量，最后使用该参数与正常参数进行对比确认,如果测试结果在正常范围内，则测试结果是正确的。与此同时，光学模块的通信通过光学接口外,单片机实现(SCM)与外部交换数据通过串行端口。这些信号是由SMA连接，并且应该与它相连在一起的同轴电缆一起进行调试。

图3监测平台的硬件设计

3.2重要功能设计

该监测平台主要使用单片机(SCM)实现阅读和分析相关的内容寄存器通过I²C接口，和液晶显示器真正的时间。主要功能包括:初始化函数、I²C功能开始，地址编写函数，数据读取功能，I²C关闭功能、数据输出功能，液晶显示函数等等。简短的介绍功能如下:

1)初始化函数(f_init)。当系统启动时,它初始化单片机实现(SCM)，液晶显示模块等等。

1. I2C功能(f_I2CStart)开始。它的配置相对控制寄存器,开始I²C端口通信和显示消息指示港口的正常工作。

3)(f_I2CWriteAdd)。I²C地址写入功能总线是写设备地址和注册地址,然后显示一些消息，来表明地址书写正确。

4)数据读取功能(f_I2CRead)。在读取相关数据在设备地址和注册地址和数据传送到相关的寄存器。

5)数据输出功能(f_I2CPrintf)。它得到了参数和传递函数接口的液晶显示。

6)液晶显示功能(f_Lcddisplay)。它得到了数据从数据输出功能,分析和实时显示它们。

4 系统的实现

4.1温度参数的读取和显示

因为SFP气流的矩形形状的影响冷却,所以在一定程度上削弱了方便使用。简而言之，模块内部温度测量是一个重要的参数和评估设备的寿命。

4.2电压参数的读取和显示

工作电压SFP可以测量的传感器电路安装在内部PCB电路板。这些测量同样能够可以用来观察工作电压的漂移。在这次实验的基础上，在给定的一个SPF引脚，我们还可以监视如果它是由电压供应不稳定波动供应环境的失败。

4.3偏置电流参数的读取和显示

偏置电流使用闭环反馈电路改变激光器偏置电流稳定激光器输出光功率。激光的效率阈值会随温度改变，很多模块需要改变激光器偏置电流稳定激光输出光功率。如果激光偏置电流的变化不是由温度或引起的电压变化所造成的，这意味着激光的稳定性存在潜在的问题。

5 系统的相关参数的测试

5.1误码率测试

比特误码率的主要测试通过误码率测试仪、光学模块，以及自我CDR循环，通过比特误码率测试仪观察一个小时不到10 - 12比特误码率。

图4 误码率测试结构

5.2 灵敏度测试

标准的敏感性SFP模块的灵敏度为-22 dbm。

图5 灵敏度测试结构

6 结论

光学模块数字诊断系统被设计并付诸实践应用程序。主要的参数显示在真正的实践里，它是具有用于生活的预测预期寿命、故障隔离和现场安装验证模块的兼容性高价值等等。与此同时，它还可以被使用对其他系统故障检测和位置分析的情况。

低成本和小型BOSA应用10 G-EPON阻抗匹配电路

摘要

一个低成本和小型单纤双向器件为了能够达到很好的光学传输波形就是要保证波形大于40%的掩模余量，并且温度范围要在-10 ~85℃，从而可以通过使用阻抗匹配电路实现低成本的TO-CAN封装。

1 介绍

为了满足FTTx系统宽带服务的需求的快速增加，10 G-EPON在下一代高容量的访问系统成为了候选之一。双向光学组件(BOSA)10 G-EPON的地位是一个不可或缺的模块系统，因为它使用单一光学组件来可以实现双向传输。一般来说，小型单纤双向器件10 G-EPON是由一个发射机(Tx)，一个接收器(Rx)和其他光学组件组成。作为发射机Tx ，10 Gb/s直接调制1270-nm TO CAN封装(DML CAN)，并且可以被广泛使用。同样的是，一个10 Gb / s 雪崩光电二极管（APD）也可以进行1577 nm TO-CAN封装来用作接收机Rx。为了确保 10 G-EPON系统的传播，低成本和小型单纤双向器件是必要的。因为小型单纤双向器件（BOSA）成本的减少，采用低成本能包封装是非常的有吸引力。然而，低成本的能包对10 Gb / s的数据传输来说是没有足够的边缘操作来保证，在与传统的相比之下的高成本能包设计10 Gb / s的数据传输速率来说低成本能包封装的速率高一到两倍之间。不足之处在低成本可包主要是从失配的电路的阻抗(Z)之间和在信号和灵活印制电路(FPC)之间连接来说。

在这里,我们演示一个具有优良的性能的低成本和小型单纤双向器件（BOSA）。为了减少成本，我们采用低成本封装（TO CAN）应用在发射端Tx，是大规模生产DVD传感器组件。因为低成本可以包封装不是专为10 Gb / s数据传输进行的，而是我们使用阻抗Z发射机 Tx的匹配电路时为了补偿高速的退化特征。因此，低成本和小型单纤双向器件(BOSA)实现了光学传输波形大于40%的掩模余量，并且温度范围要在-10 ~85℃。

2 对匹配阻抗电路的设计

图6显示了一种最新的小型单纤双向器BOSA器件封装，这个封装是用DML封装和APD封装焊接在底盘上。这种模型的尺寸大小是16.2*8.3*6.6mm³，这种尺寸很小，足以安装在SFP光接收器。DML封装包含一个未冷却的1270nm的InGaAlAs的DFB-LD和一个Z阻抗匹配电路。

图6 BOSA器件的装配图

图7在低成本的DML 封装有很大的阻抗失配在头部和内部引线之间和连接外部引线和FPC之间。为了克服前者的失配问题，我们引入了内部Z匹配电路，其中包含了一个芯片电容，组成在每个信号线之间的内部引线和LD中。如图7（1）所示。通过这种技术,强大的内部电感来补偿的芯片电容所带的电容。同样,对于后者失配,我们采用在每个信号FPC线路外部Z匹配电路组成一个开放的存根(电容),如图7（2）所示。

图7（1） 图7（2）

图8显示了模拟S11 和S21的DML封装的信号传输线的特征。在仿真中,我们设置了电容是0.4 pF和对于内部和外部Z匹配电路开放的存根的长度设置为1.2毫米。如图8所示，与内部和外部的Z匹配电路(绿色实线)，S11在5GHz提高了 3 dB(基频10 Gb / s的“1010”模式)和在15 GHz提高了11dB后(三阶谐波)相比于DML CAN中没有电路时(红色实线)。S21 由于电路在3dB带宽时(绿色实线)也提高了4 GHz。DML CAN与类似的行为被确认只有内部Z匹配电路(蓝线)S11和S21特征。

图8 模拟传输线特征

3 BOSA器件的性能

图9显示的BOSA器件性能的眼图形状。传输信号是不归零编码（NRZ）在传输速度在10.3125Gb/s产生的

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