Elektronika modułu: sterownik, TIA/LA, DSP, kontroler, zasilanie

Za dwoma podzespołami optycznymi stoi niewielka płytka, która robi wszystko pozostałe: zamienia elektryczne bity hosta na prąd lasera, zamienia fotoprąd z powrotem na czyste dane, utrzymuje laser przy stałej mocy mimo zmian temperatury i wieku, mierzy i raportuje, słucha pinów niskoprędkościowych i mieści się w ścisłym budżecie mocy. Ta strona omawia płytkę blok po bloku i łączy każdy blok z tym, co widać z zewnątrz — pinami, bajtami pamięci i wartościami DDM.

Schemat blokowy

                    ┌─────────────── PCB modułu ────────────────┐
linie Tx hosta ──►  CDR / DSP ──► STEROWNIK lasera ──► TOSA (laser + MPD)  ──► światłowód
                    (retiming,       (polaryzacja +        │
                     ekwalizacja,     modulacja)            │ prąd monitora
                     gearbox)                                ▼
                                              ┌── MCU ───┐  ◄── I²C (SCL/SDA)
                                              │pętla APC │  ◄── TX_DISABLE, RS0/1, LPMode…
                                              │ ADC/DDM  │  ──► TX_FAULT, RX_LOS, IntL
                                              │ pamięć   │
                                              └──────────┘
linie Rx hosta ◄──  CDR / DSP ◄── LA / wzmacniacz liniowy ◄── TIA ◄── ROSA (PD)  ◄── światłowód
                                                                 │
zasilanie 3,3 V ──► ogranicznik prądu rozruchowego ──► LDO / DC-DC (1,8 V, 1,2 V, 0,9 V …) ──► każdy blok

Części optyczne: TOSA, ROSA, BOSA; blok zegara: CDR; DSP szczegółowo: Modulacja i DSP.

Sterownik lasera

Tor odbiorczy: TIA i LA

Co wnosi sama fotodioda: Odbiorniki.

Retiming i przetwarzanie sygnału

• CDR / retimer — odtwarza takt i resynchronizuje dane po jednej lub obu stronach; obecny w SFP+ (strona hosta), SFP28/QSFP28 (obie strony), opcjonalny bypass (CDR).
• DSP — w modułach PAM4 zastępuje parę LA/CDR układem ADC → ekwalizer → decyzja → DAC; wykonuje też funkcję gearbox (8 linii hosta po 50G ↔ 4 linie medium po 100G), a w modułach koherentnych — FEC. Najbardziej wymagający energetycznie układ na płytce (3–6 W w module 400G) — Modulacja i DSP.
• Liniowe (LPO) konstrukcje usuwają DSP i pozostawiają ekwalizację SerDes hosta; moduł staje się wyłącznie sterownikiem + TIA.

Mikrokontroler

MCU zarządza modułem: próbkuje przez ADC temperaturę, Vcc, prąd polaryzacji oraz monitory Tx i Rx, i przelicza je według kalibracji fabrycznej; prowadzi pętlę APC oraz, tam gdzie jest, pętlę TEC; porównuje z progami i ustawia flagi oraz IntL; odpowiada na szynie dwuprzewodowej, emulując mapę pamięci z jej stronami i bankami; wymusza hasła i ochronę; w modułach CMIS prowadzi automaty stanów i CDB. Szczegóły i dlaczego to ma znaczenie dla programowania: Kontroler i firmware.

Dystrybucja zasilania

Vcc w DDM jest mierzone po filtrze wejściowym — zwykle 50–150 mV poniżej szyny hosta (Temperatura i napięcie).

Piny niskoprędkościowe i kto je obsługuje

Definicje pinów dla poszczególnych rodzin: Sprzęt SFP, Sprzęt QSFP.

Droga cieplna

Elektronika i optyka oddają ciepło do metalowej obudowy modułu, która pełni rolę radiatora; dalej przejmuje je radiator nasadzany na klatkę oraz przepływ powietrza w obudowie hosta. Podkładki termoprzewodzące łączą DSP i sterownik lasera z obudową. Moduł o dopuszczalnej temperaturze obudowy 70 °C może mieć złącze DSP gorętsze o 20–30 °C — dlatego o żywotności modułu decyduje przepływ powietrza, a nie „chłód w pomieszczeniu”.

Co zawodzi na płytce

W CodingBox

Wszystko, co elektronika mierzy i czym steruje, widać na stanowisku: wartości i flagi DDM na ekranie DDM, stan Tx disable i wyboru szybkości, stan modułu CMIS oraz dane identyfikacyjne deklarujące klasę mocy i obecność CDR w EEPROM editor. Moduł, którego prąd polaryzacji utknął przy górnym limicie sterownika, podczas gdy moc Tx opada, to płytka mówiąca, że jego laser się skończył.