Электроника модуля: драйвер, TIA/LA, DSP, контроллер, питание

За двумя оптическими сборками стоит небольшая плата, которая делает всё остальное: превращает электрические биты хоста в ток лазера, превращает фототок обратно в чистые данные, держит лазер на постоянной мощности при изменении температуры и возраста, измеряет и отчитывается, подчиняется низкоскоростным пинам и живёт в строгом бюджете мощности. Здесь плата разобрана по блокам, и каждый блок связан с тем, что видно снаружи — пинами, байтами памяти и значениями DDM.

Блок-схема

                    ┌─────────────── плата модуля ─────────────┐
каналы Tx хоста ──► CDR / DSP ──► ДРАЙВЕР лазера ──► TOSA (лазер + MPD) ──► волокно
                    (ретайминг,     (смещение +          │
                     эквализация,    модуляция)          │ ток монитора
                     гирбокс)                            ▼
                                                  ┌── MCU ───┐  ◄── I²C (SCL/SDA)
                                                  │ петля APC│  ◄── TX_DISABLE, RS0/1, LPMode…
                                                  │ ADC/DDM  │  ──► TX_FAULT, RX_LOS, IntL
                                                  │ память   │
                                                  └──────────┘
каналы Rx хоста ◄── CDR / DSP ◄── LA / линейный усилитель ◄── TIA ◄── ROSA (PD) ◄── волокно
                                                                          │
питание 3,3 В ──► ограничитель пускового тока ──► LDO / DC-DC (1,8 В, 1,2 В, 0,9 В …) ──► все блоки

Оптические части: TOSA, ROSA, BOSA; блок тактов: CDR; DSP подробно: Модуляция и DSP.

Драйвер лазера

Приёмный тракт: TIA и LA

Что вносит сам фотодиод: Приёмники.

Ретайминг и обработка сигнала

• CDR / ретаймер — восстанавливает такт и перетактирует данные с одной или обеих сторон; есть в SFP+ (со стороны хоста), SFP28/QSFP28 (обе стороны), с обходом (CDR).
• DSP — в PAM4-модулях заменяет пару LA/CDR на ADC → эквалайзер → решение → DAC; также выполняет гирбокс (8 каналов хоста по 50G ↔ 4 канала среды по 100G), а в когерентных модулях — FEC. Самый прожорливый чип на плате (3–6 Вт в модуле 400G) — Модуляция и DSP.
• Линейные (LPO) конструкции убирают DSP и отдают эквализацию SerDes хоста; модуль становится «драйвер + TIA».

Микроконтроллер

MCU управляет модулем: снимает через ADC температуру, Vcc, ток, мониторы Tx и Rx и пересчитывает их по заводской калибровке; ведёт петлю APC и, где есть, петлю TEC; сравнивает с порогами и поднимает флаги и IntL; отвечает на двухпроводной шине, эмулируя карту памяти со страницами и банками; обеспечивает пароли и защиту; в CMIS-модулях крутит автоматы состояний и CDB. Детали и почему это важно для программирования: Контроллер и прошивка.

Распределение питания

Vcc в DDM измеряется после входного фильтра — обычно на 50–150 мВ ниже шины хоста (Температура и напряжение).

Низкоскоростные пины и кто их обслуживает

Определения пинов по семействам: Аппаратные спецификации SFP, QSFP.

Путь тепла

Электроника и оптика рассеивают тепло в металлический корпус — радиатор модуля; дальше его забирают накладной радиатор клетки и обдув шасси. Термопрокладки связывают DSP и драйвер лазера с корпусом. У модуля с рейтингом корпуса 70 °C переход DSP может быть на 20–30 °C горячее — поэтому жизнь модуля решает обдув, а не «прохлада в комнате».

Что отказывает на плате

В CodingBox

Всё, что электроника измеряет и чем управляет, видно на столе: значения и флаги DDM на DDM, состояние Tx disable и выбора скорости, состояние модуля CMIS и идентификация с объявленным классом мощности и наличием CDR в редакторе EEPROM. Модуль, у которого ток упёрся в потолок драйвера, а Tx проседает, — это плата, сообщающая, что её лазер кончился.