Điện tử của module: driver, TIA/LA, DSP, bộ điều khiển, nguồn

Phía sau hai cụm quang con là một bo mạch nhỏ đảm nhiệm mọi việc còn lại: biến các bit điện của host thành dòng điện laser, biến dòng quang điện trở lại thành dữ liệu sạch, giữ laser ở công suất không đổi bất kể nhiệt độ và tuổi thọ, đo lường và báo cáo, tuân theo các chân tín hiệu tốc độ thấp và hoạt động trong một ngân sách công suất chặt chẽ. Trang này trình bày bo mạch theo từng khối và liên hệ mỗi khối với những gì bạn thấy được từ bên ngoài — chân tín hiệu, byte bộ nhớ và giá trị DDM.

Sơ đồ khối

                    ┌─────────────── PCB của module ───────────────┐
làn Tx của host ──► CDR / DSP ──► DRIVER laser ──► TOSA (laser + MPD)  ──► sợi quang
                    (tái định thời, (bias +          │
                     cân bằng,       điều chế)       │ dòng giám sát
                     chuyển đổi làn)                 ▼
                                              ┌── MCU ───┐  ◄── I²C (SCL/SDA)
                                              │ vòng lặp APC │  ◄── TX_DISABLE, RS0/1, LPMode…
                                              │ ADC/DDM      │  ──► TX_FAULT, RX_LOS, IntL
                                              │ bộ nhớ       │
                                              └──────────────┘
làn Rx của host ◄── CDR / DSP ◄── LA / khuếch đại tuyến tính ◄── TIA ◄── ROSA (PD)  ◄── sợi quang
                                                                 │
nguồn 3,3 V ──► bộ giới hạn dòng khởi động ──► LDO / DC-DC (1,8 V; 1,2 V; 0,9 V …) ──► mọi khối

Phần quang học: TOSA, ROSA, BOSA; khối xung nhịp: CDR; DSP đi sâu hơn: Điều chế và DSP.

Driver laser

Chuỗi bộ thu: TIA và LA

Bản thân photodiode đóng góp gì: Bộ thu.

Tái định thời và xử lý tín hiệu

• CDR / bộ tái định thời — khôi phục xung nhịp và định thời lại dữ liệu ở một hoặc cả hai phía; có mặt trong SFP+ (phía host), SFP28/QSFP28 (cả hai phía), có tùy chọn bypass (CDR).
• DSP — trên các module PAM4, thay thế cặp LA/CDR bằng chuỗi ADC → bộ cân bằng → bộ phân ngưỡng → DAC; cũng thực hiện chức năng chuyển đổi làn (8 làn host ở 50G ↔ 4 làn truyền dẫn ở 100G), và ở các module coherent còn thực hiện cả FEC. Đây là chip tiêu thụ điện nhiều nhất trên bo mạch (3–6 W ở một module 400G) — Điều chế và DSP.
• Thiết kế tuyến tính (LPO) loại bỏ DSP và để SerDes của host tự cân bằng tín hiệu; module khi đó chỉ còn driver + TIA.

Bộ vi điều khiển

MCU vận hành module: lấy mẫu nhiệt độ, Vcc, dòng phân cực, các giá trị giám sát Tx và Rx qua một ADC rồi quy đổi bằng hiệu chuẩn của nhà máy; chạy vòng lặp điều khiển APC và, nếu có, vòng lặp TEC; so sánh với các ngưỡng và dựng cờ cùng IntL; trả lời trên bus hai dây, mô phỏng bản đồ bộ nhớ với các trang và bank của nó; áp đặt mật khẩu và bảo vệ; trên các module CMIS còn chạy các máy trạng thái và CDB. Chi tiết, và vì sao điều này quan trọng đối với việc lập trình: Bộ điều khiển và firmware.

Phân phối nguồn

Vcc trong DDM được đo sau bộ lọc đầu vào — thường thấp hơn đường nguồn của host khoảng 50–150 mV (Nhiệt độ và điện áp).

Chân tín hiệu tốc độ thấp và ai xử lý chúng

Định nghĩa chân tín hiệu theo từng họ: Phần cứng SFP, Phần cứng QSFP.

Đường dẫn nhiệt

Điện tử và quang học tỏa nhiệt vào vỏ kim loại, chính là bộ tản nhiệt của module; từ đó, tản nhiệt cưỡi trên cage và luồng khí của chassis tiếp tục dẫn nhiệt đi. Miếng đệm nhiệt kết nối DSP và driver laser với vỏ module. Một module có định mức vỏ 70 °C có thể khiến mối nối (junction) của DSP nóng hơn 20–30 °C — đây là lý do luồng khí, chứ không phải “phòng máy mát”, mới là yếu tố quyết định tuổi thọ module.

Những gì hỏng trên bo mạch

Trong CodingBox

Mọi thứ mà phần điện tử đo lường và điều khiển đều hiện ra trên bàn thử: giá trị và cờ DDM trên DDM, trạng thái Tx disable và rate-select, trạng thái module CMIS, và thông tin nhận dạng khai báo cấp công suất cùng sự hiện diện của CDR trong EEPROM editor. Một module có dòng phân cực chạm trần của driver trong khi công suất Tx tụt xuống là bo mạch đang nói cho bạn biết laser của nó đã hết đời.