Elettronica del modulo: driver, TIA/LA, DSP, controller, alimentazione

Dietro ai due sottoassiemi ottici si trova una piccola scheda elettronica che fa tutto il resto: trasforma i bit elettrici dell’host in corrente del laser, trasforma la fotocorrente di nuovo in dati puliti, mantiene il laser a potenza costante al variare di temperatura ed età, misura e riporta, obbedisce ai pin a bassa velocità e vive entro un budget di potenza rigoroso. Questa pagina percorre la scheda blocco per blocco e collega ogni blocco a ciò che si vede dall’esterno — pin, byte di memoria e valori DDM.

Schema a blocchi

                    ┌─────────────── module PCB ───────────────┐
host Tx lanes ──►  CDR / DSP ──► laser DRIVER ──► TOSA (laser + MPD)  ──► fibre
                    (retime,       (bias +           │
                     equalise,      modulation)      │ monitor current
                     gearbox)                        ▼
                                              ┌── MCU ───┐  ◄── I²C (SCL/SDA)
                                              │ APC loop │  ◄── TX_DISABLE, RS0/1, LPMode…
                                              │ ADC/DDM  │  ──► TX_FAULT, RX_LOS, IntL
                                              │ memory   │
                                              └──────────┘
host Rx lanes ◄──  CDR / DSP ◄── LA / linear amp ◄── TIA ◄── ROSA (PD)  ◄── fibre
                                                                 │
power 3.3 V ──► inrush limiter ──► LDO / DC-DC (1.8 V, 1.2 V, 0.9 V …) ──► every block

Le parti ottiche: TOSA, ROSA, BOSA; il blocco del clock: CDR; il DSP in dettaglio: Modulazione e DSP.

Driver del laser

Catena del ricevitore: TIA e LA

Il contributo del fotodiodo stesso: Ricevitori.

Ritemporizzazione ed elaborazione del segnale

• CDR / retimer — recupera il clock e ritemporizza i dati su un lato o su entrambi; presente in SFP+ (lato host), SFP28/QSFP28 (entrambi i lati), bypass opzionale (CDR).
• DSP — nei moduli PAM4 sostituisce la coppia LA/CDR con ADC → equalizzatore → decisione → DAC; esegue anche il gearbox (8 lane host a 50G ↔ 4 lane media a 100G) e, nei moduli coerenti, la FEC. Il chip più energivoro della scheda (3–6 W in un modulo 400G) — Modulazione e DSP.
• Lineare (LPO) — i design eliminano il DSP e lasciano che il SerDes dell’host equalizzi; il modulo diventa solo driver + TIA.

Microcontrollore

L’MCU gestisce il modulo: campiona temperatura, Vcc, bias, monitor Tx e Rx tramite un ADC e li converte con la calibrazione di fabbrica; esegue il loop di controllo APC e, dove presente, TEC; confronta con le soglie e alza flag e IntL; risponde al bus a due fili, emulando la mappa di memoria con le sue pagine e i suoi banchi; applica password e protezione; sui moduli CMIS esegue le macchine a stati e il CDB. Dettagli, e perché è importante per la programmazione: Controller e firmware.

Distribuzione dell’alimentazione

La Vcc DDM viene misurata dopo il filtro di ingresso — tipicamente 50–150 mV sotto il rail dell’host (Temperatura e tensione).

Pin a bassa velocità e chi li gestisce

Definizioni dei pin per famiglia: Hardware SFP, Hardware QSFP.

Percorso termico

L’elettronica e l’ottica dissipano nell’involucro metallico, che è il dissipatore del modulo; il dissipatore montato sulla gabbia e il flusso d’aria dello chassis proseguono da lì. I pad termici accoppiano il DSP e il driver del laser all’involucro. Un modulo con case a 70 °C può avere la giunzione del DSP 20–30 °C più calda — il motivo per cui è il flusso d’aria, non «la stanza è fresca», a decidere la vita del modulo.

Cosa si guasta sulla scheda

In CodingBox

Tutto ciò che l’elettronica misura e controlla appare sul banco: valori e flag DDM su DDM, lo stato di Tx disable e rate-select, lo stato CMIS del modulo, e l’identità che dichiara la classe di potenza e la presenza del CDR nell’EEPROM editor. Un modulo il cui bias è al limite massimo del driver mentre la potenza Tx cala è una scheda che ti dice che il suo laser è finito.