Elektronica van de module: driver, TIA/LA, DSP, controller, voeding

Achter de twee optische subassemblages zit een kleine printplaat die al het overige doet: de elektrische bits van de host omzet in laserstroom, fotostroom omzet in schone data, de laser op constant vermogen houdt bij temperatuur en veroudering, meet en rapporteert, de laagfrequente pinnen aanstuurt en binnen een strikt vermogensbudget blijft. Deze pagina doorloopt de printplaat blok voor blok en koppelt elk blok aan wat u van buitenaf ziet — pinnen, geheugenbytes en DDM-waarden.

Blokdiagram

                    ┌─────────────── 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

De optische delen: TOSA, ROSA, BOSA; het klokblok: CDR; de DSP in detail: Modulatie & DSP.

Laserdriver

Ontvangerketen: TIA en LA

Wat de fotodiode zelf bijdraagt: Ontvangers.

Retiming en signaalverwerking

• CDR / retimer — herstelt de klok en timet data opnieuw aan een of beide kanten; aanwezig in SFP+ (hostzijde), SFP28/QSFP28 (beide kanten), optionele bypass (CDR).
• DSP — vervangt in PAM4-modules het LA/CDR-paar door ADC → equaliser → decision → DAC; voert ook de gearbox uit (8 host lanes at 50G ↔ 4 media lanes at 100G) en, in coherente modules, de FEC. De chip met het hoogste verbruik op de printplaat (3–6 W in een 400G module) — Modulatie & DSP.
• Lineaire (LPO) ontwerpen verwijderen de DSP en laten de SerDes van de host equalisen; de module wordt alleen driver + TIA.

Microcontroller

De MCU bestuurt de module: hij bemonstert temperatuur, Vcc, bias, Tx- en Rx-monitors via een ADC en zet ze om met fabriekskalibratie; stuurt de regelkring voor APC en, waar aanwezig, TEC; vergelijkt met drempels en zet vlaggen en IntL; beantwoordt de tweedraadsbus en emuleert de geheugenkaart met de pagina's en banken; handhaaft wachtwoorden en beveiliging; voert op CMIS-modules de toestandsmachines en CDB uit. Details en waarom dit belangrijk is voor programmeren: Controller & firmware.

Voedingsdistributie

DDM Vcc wordt na het ingangsfilter gemeten — doorgaans 50–150 mV onder de voedingsrail van de host (Temperatuur & spanning).

Low-speed-pinnen en wie ze afhandelt

Pindefinities per familie: SFP-hardware, QSFP-hardware.

Warmtepad

Elektronica en optiek geven warmte af aan de metalen behuizing, die het koellichaam van de module is; het koellichaam dat op de cage rust en de luchtstroom van het chassis voeren die warmte verder af. Thermische pads koppelen de DSP en de laserdriver aan de behuizing. Een module met een toegestane temperatuur van de modulebehuizing van 70 °C kan een DSP-junctietemperatuur hebben die 20–30 °C hoger ligt — daarom bepaalt luchtstroom, niet ‘een koele kamer’, de levensduur van de module.

Wat faalt er op de printplaat

In CodingBox

Alles wat de elektronica meet en aanstuurt, verschijnt op de werkbank: DDM-waarden en vlaggen in DDM, status van Tx disable en rate-select, de CMIS-modulestatus en de identiteit die vermogensklasse en aanwezigheid van CDR aangeeft in de EEPROM editor. Een module waarvan de bias aan het plafond van de driver staat terwijl het Tx-vermogen inzakt, wijst de printplaat erop dat de laser versleten is.