ONET1130EP 11.7 Gbps 收發(fā)器：技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域中，ONET1130EP 11.7 Gbps 收發(fā)器憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入剖析這款收發(fā)器，了解它的特點、應(yīng)用場景以及設(shè)計要點。

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一、ONET1130EP 簡介

ONET1130EP 是一款集成調(diào)制驅(qū)動器和限幅放大器的芯片，工作速率范圍為 1 Gbps 至 11.7 Gbps。它具備光和電回環(huán)功能，通過兩線串行接口實現(xiàn)數(shù)字控制，為高速數(shù)據(jù)傳輸提供了穩(wěn)定而可靠的解決方案。

（一）產(chǎn)品特點

1. 集成度高：集成限幅放大器和調(diào)制驅(qū)動器，減少了外部元件的使用，降低了設(shè)計復(fù)雜度。
2. 數(shù)字接口靈活：采用兩線數(shù)字接口，集成 DAC 和 ADC，方便進行控制和診斷管理。
3. 輸出極性可選：支持 TX 和 RX 的電和光回環(huán)輸出極性選擇，增強了系統(tǒng)的靈活性。
4. 調(diào)制驅(qū)動器強大：輸出幅度可達 2 VPP 單端，偏置電流源可達 150 mA。
5. 自動功率控制：具備自動功率控制（APC）環(huán)路，可選擇監(jiān)控 PD 范圍。
6. 可編程特性豐富：包括 TX 輸入均衡、TX 交叉點調(diào)整和去加重等功能，還具備激光安全特性。
7. 溫度適應(yīng)性強：工作溫度范圍為 -40°C 至 100°C，適用于各種惡劣環(huán)境。
8. 封裝小巧：采用 4 mm x 4 mm 32 引腳 QFN 封裝，節(jié)省電路板空間。

（二）應(yīng)用場景

ONET1130EP 主要應(yīng)用于 SFP+ 10 Gbps SONET OC - 192 光收發(fā)器和 SFP+ 10 GBASE - ER/ZR 光收發(fā)器，為高速光通信系統(tǒng)提供了關(guān)鍵支持。

二、詳細技術(shù)分析

（一）引腳配置與功能

ONET1130EP 的引腳配置豐富多樣，每個引腳都有其特定的功能。以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

1. AMP（16 腳）：模擬輸入引腳，用于控制輸出幅度，不使用時可懸空。
2. BIAS（10 腳）：模擬引腳，在 APC 和開環(huán)模式下為激光器提供或吸收偏置電流。
3. COMP（23 腳）：補償引腳，用于控制 APC 環(huán)路的帶寬，需連接一個 0.01 - uF 電容到地。
4. GND（3、6、19、22 腳）：電路接地引腳。
5. MONB（2 腳）：模擬輸出引腳，用于監(jiān)測偏置電流。
6. MONP（8 腳）：模擬輸出引腳，用于監(jiān)測光電二極管電流。
7. PD（7 腳）：光電二極管輸入引腳，可根據(jù)寄存器設(shè)置提供或吸收電流。
8. RX_DIS（26 腳）：數(shù)字輸入引腳，高電平時禁用接收器輸出緩沖器。
9. RX_LOS（24 腳）：數(shù)字輸出引腳，高電平表示接收器輸入信號幅度低于編程閾值。
10. TX_DIS（32 腳）：數(shù)字輸入引腳，高電平時禁用偏置和調(diào)制電流。

（二）性能參數(shù)

1. 絕對最大額定值：
   • 電源電壓（VCC_TX、VCC_RX、VDD）：-0.5 V 至 3 V。
   • 3.3 - V 耐受引腳電壓：-0.5 V 至 3.6 V。
   • 其他引腳電壓：-0.5 V 至 3 V。
   • 最大電流：發(fā)射機輸入引腳 10 mA，發(fā)射機輸出引腳 125 mA，接收機輸入引腳 10 mA，接收機輸出引腳 30 mA。
   • 最大結(jié)溫：125°C。
   • 存儲溫度：-65°C 至 150°C。
2. ESD 額定值：人體模型（HBM）為 +2000 V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 +750 V。
3. 推薦工作條件：
   • 電源電壓：2.37 V 至 2.63 V。
   • 數(shù)字輸入高電壓：2 V。
   • 數(shù)字輸入低電壓：0.8 V。
   • 光電二極管電流范圍：根據(jù)不同設(shè)置有所不同。
   • 串行數(shù)據(jù)速率：1 至 11.7 Gbps。
   • 輸入上升和下降時間：20% - 80% 時為 30 至 45 ps。
   • 溫度：-40°C 至 100°C。

（三）功能模塊

1. 發(fā)射路徑：
   • 輸入均衡器：可對 FR4 印刷電路板上長達 300 mm（12 英寸）的微帶或帶狀線傳輸線進行均衡，輸入幅度范圍為 100 mVpp 至 1000 mVpp。
   • 調(diào)制驅(qū)動器：輸出可優(yōu)化驅(qū)動 50 Ω 單端負載，最大單端輸出電壓可達 2.0 Vpp，可通過設(shè)置寄存器實現(xiàn)單端或差分輸出模式。
   • 調(diào)制電流發(fā)生器：通過兩線接口或 AMP 引腳控制，可設(shè)置所需的調(diào)制電流和輸出電壓。
   • DC 偏移消除和交叉點控制：可補償內(nèi)部偏移電壓，通過寄存器設(shè)置調(diào)整交叉點。
   • 發(fā)射回環(huán)：可將輸入信號回環(huán)到接收器輸出，支持電回環(huán)和光回環(huán)。
   • 偏置電流生成和 APC 環(huán)路：偏置電流默認關(guān)閉，可通過寄存器設(shè)置開啟。在開環(huán)和 APC 模式下，偏置電流根據(jù)不同設(shè)置確定。
2. 接收路徑：
   • 輸入均衡器：對光接收器進行帶寬補償，輸入幅度范圍為 6 mVpp 至 800 mVpp。
   • DC 偏移消除和交叉點控制：補償內(nèi)部偏移電壓，通過寄存器設(shè)置調(diào)整輸入閾值和交叉點。
   • 輸出驅(qū)動器：輸出幅度可在 300 mVpp 至 900 mVpp 之間調(diào)整，具備可調(diào)去加重功能。
   • 信號丟失檢測：通過兩個獨立的電平檢測器實現(xiàn)，可設(shè)置不同的檢測范圍和閾值。
3. 模擬模塊：
   • 模擬參考和溫度傳感器：由單一 2.5 V ±5% 電源供電，可監(jiān)測電源電壓和溫度。
   • 上電復(fù)位：確保所有寄存器在啟動時復(fù)位到默認值。
   • 模數(shù)轉(zhuǎn)換器：將模擬監(jiān)測參數(shù)轉(zhuǎn)換為 10 位無符號數(shù)字字，可通過兩線接口讀取。
   • 兩線接口和控制邏輯：用于數(shù)字控制，支持讀寫操作，遵循特定的通信協(xié)議。

（四）寄存器映射

ONET1130EP 具有多個寄存器，用于控制和監(jiān)測芯片的各種功能。這些寄存器分為 R/W 控制寄存器、RX 寄存器、TX 寄存器、只讀寄存器和調(diào)整寄存器等。通過對這些寄存器的設(shè)置和讀取，工程師可以實現(xiàn)對芯片的精確控制。例如，通過設(shè)置 TXBIASEN 位可以開啟激光器偏置電流，通過讀取 ADC 寄存器可以獲取溫度、電源電壓等參數(shù)。

三、應(yīng)用設(shè)計要點

（一）應(yīng)用信息

ONET1130EP 通常與發(fā)射光子組件（TOSA）和接收光子組件（ROSA）配合使用，常見于 XFP 或 SFP+ 10 Gbps 光收發(fā)器中。在不同的應(yīng)用場景中，需要根據(jù)具體需求進行設(shè)計。

（二）典型應(yīng)用電路

1. 發(fā)射差分模式：
   • 設(shè)計要求：電源電壓 2.5 V，發(fā)射機輸入電壓 100 mVpp 至 1000 mVpp 差分，發(fā)射機輸出電壓 1 Vpp 至 3.6 Vpp 差分，接收機輸入電壓 6 mVpp 至 800 mVpp 差分，接收機輸出電壓 300 mVpp 至 900 mVpp 差分。
   • 詳細設(shè)計步驟：輸入側(cè) TXIN+ 和 TXIN - 引腳需 AC 耦合到主機系統(tǒng)信號，輸出側(cè) TXOUT+ 和 TXOUT - 引腳分別 AC 耦合到調(diào)制器的正負極輸入，并通過偏置 - T 提供足夠的電壓。
2. 發(fā)射單端模式：
   • 設(shè)計要求：電源電壓 2.5 V，發(fā)射機輸入電壓 100 mVpp 至 1000 mVpp 差分，發(fā)射機輸出電壓 0.5 Vpp 至 2 Vpp 單端，接收機輸入電壓 6 mVpp 至 800 mVpp 差分，接收機輸出電壓 300 mVpp 至 900 mVpp 差分。
   • 詳細設(shè)計步驟：輸入側(cè)與差分模式相同，輸出側(cè)推薦將 TXOUT+ 引腳 AC 耦合到調(diào)制器輸入，TXOUT - 引腳可懸空或通過 50 Ω 電阻連接到 VCC，并通過偏置 - T 提供足夠的電壓。

（三）電源供應(yīng)建議

為了減少發(fā)射機和接收機電源之間的耦合以及數(shù)字信號對模擬電路的干擾，ONET1130EP 采用了獨立的電源供應(yīng)。VCC_TX 為發(fā)射機供電，VCC_RX 為接收機供電，VDD 為數(shù)字電路供電。同時，應(yīng)在電源引腳附近放置去耦電容，以確保電源的穩(wěn)定性。

（四）布局指南

1. 使用 50 - Ω 傳輸線（100 - Ω 差分）連接高速輸入和輸出，盡量縮短傳輸線長度，減少損耗和模式相關(guān)抖動。
2. 最大化 TXOUT+ 和 TXOUT - 傳輸線與 RXIN+ 和 RXIN - 傳輸線之間的距離，以減少發(fā)射機到接收機的串擾。
3. 在單端模式下，建議將未使用的輸出端通過 50 - Ω 電阻連接到 VCC。

四、總結(jié)

ONET1130EP 11.7 Gbps 收發(fā)器以其出色的性能、豐富的功能和靈活的配置，為高速光通信系統(tǒng)提供了強大的支持。在設(shè)計過程中，工程師需要深入了解其技術(shù)參數(shù)和功能模塊，根據(jù)具體應(yīng)用場景進行合理的設(shè)計和布局。同時，要注意電源供應(yīng)和 ESD 防護等問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。希望通過本文的介紹，能幫助各位工程師更好地掌握 ONET1130EP 的設(shè)計要點，在實際項目中取得更好的成果。

你在使用 ONET1130EP 過程中遇到過哪些問題？或者你對它的某個功能有更深入的見解？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。