Elektronik des Moduls: Treiber, TIA/LA, DSP, Controller, Stromversorgung

Hinter den beiden optischen Baugruppen sitzt eine kleine Platine, die alles Übrige erledigt: Sie wandelt die elektrischen Bits des Hosts in Laserstrom um, macht aus dem Fotostrom wieder saubere Daten, hält den Laser über Temperatur und Alterung hinweg auf konstanter Leistung, misst und meldet, gehorcht den Low-Speed-Pins und bleibt innerhalb eines strengen Leistungsbudgets. Diese Seite geht die Platine Block für Block durch und verknüpft jeden Block mit dem, was von außen sichtbar ist — Pins, Speicher-Bytes und DDM-Werte.

Blockschaltbild

                    ┌─────────────── Modul-Platine ───────────────┐
Host-Tx-Lanes ──►  CDR / DSP ──► Laser-TREIBER ──► TOSA (Laser + MPD)  ──► Faser
                    (Retiming,      (Bias +           │
                     Entzerrung,     Modulation)       │ Überwachungsstrom
                     Gearbox)                          ▼
                                              ┌── MCU ───┐  ◄── I²C (SCL/SDA)
                                              │ APC-Schleife │  ◄── TX_DISABLE, RS0/1, LPMode…
                                              │ ADC/DDM  │  ──► TX_FAULT, RX_LOS, IntL
                                              │ Speicher │
                                              └──────────┘
Host-Rx-Lanes ◄──  CDR / DSP ◄── LA/linearer Verstärker ◄── TIA ◄── ROSA (PD)  ◄── Faser
                                                                 │
Versorgung 3,3 V ──► Einschaltstrombegrenzer ──► LDO/DC-DC (1,8 V, 1,2 V, 0,9 V …) ──► jeden Block

Die optischen Teile: TOSA, ROSA, BOSA; der Taktblock: CDR; der DSP im Detail: Modulation & DSP.

Lasertreiber

Empfängerkette: TIA und LA

Was die Fotodiode selbst beiträgt: Empfänger.

Retiming und Signalverarbeitung

• CDR/Retimer — gewinnt den Takt zurück und retimt die Daten auf einer oder beiden Seiten; vorhanden in SFP+ (hostseitig), SFP28/QSFP28 (beidseitig), optional per Bypass (CDR).
• DSP — ersetzt bei PAM4-Modulen das Paar LA/CDR durch ADC → Entzerrer → Entscheidung → DAC; übernimmt außerdem die Gearbox (8 Host-Lanes mit 50G ↔ 4 Medien-Lanes mit 100G) und bei kohärenten Modulen die FEC. Der stromhungrigste Chip auf der Platine (3–6 W bei einem 400G-Modul) — Modulation & DSP.
• Lineare (LPO-)Designs verzichten auf den DSP und überlassen die Entzerrung dem SerDes des Hosts; das Modul besteht dann nur noch aus Treiber und TIA.

Mikrocontroller

Der MCU betreibt das Modul: Er tastet Temperatur, Vcc, Bias sowie Tx- und Rx-Monitor über einen ADC ab und rechnet sie mit der Werkskalibrierung um; führt die APC- und, sofern vorhanden, die TEC-Regelschleife aus; vergleicht mit Schwellwerten und setzt Flags und IntL; beantwortet den Zweidraht-Bus, indem er die Speicherkarte mit ihren Pages und Bänken emuliert; setzt Passwörter und Schutz durch; führt bei CMIS-Modulen die Zustandsautomaten und das CDB aus. Details, und warum das für die Programmierung wichtig ist: Controller & Firmware.

Stromverteilung

DDM Vcc wird nach dem Eingangsfilter gemessen — typischerweise 50–150 mV unterhalb der Host-Schiene (Temperatur & Spannung).

Low-Speed-Pins und wer sie verarbeitet

Pin-Definitionen je Familie: SFP-Hardware, QSFP-Hardware.

Wärmepfad

Elektronik und Optik geben ihre Wärme an das Metallgehäuse ab, das den Kühlkörper des Moduls bildet; der aufgesetzte Kühlkörper des Käfigs und die Gehäuseluftströmung übernehmen von dort. Wärmeleitpads koppeln DSP und Lasertreiber an das Gehäuse. Ein Modul, das für 70 °C Gehäusetemperatur ausgelegt ist, kann seinen DSP-Sperrschicht-Wert 20–30 °C heißer betreiben — der Grund, warum die Luftströmung und nicht „ein kühler Raum“ die Lebensdauer des Moduls bestimmt.

Was auf der Platine ausfällt

In CodingBox

Alles, was die Elektronik misst und steuert, erscheint auf der Werkbank: DDM-Werte und -Flags im DDM, der Zustand von Tx-Disable und Ratenauswahl, der CMIS-Modulzustand sowie die Identität, die Leistungsklasse und CDR-Präsenz im EEPROM-Editor angibt. Ein Modul, dessen Bias an der Obergrenze des Treibers liegt, während die Tx-Leistung einbricht, ist eine Platine, die Ihnen sagt, dass ihr Laser am Ende ist.