现在，MT-RJ光衔接器已被广泛运用在100Mb/s快速以太网及千兆位(Gbit)以太网中。MT-RJ衔接器选用一个塑料套管,简化了装置难度,也下降了本钱,其较小的端口尺度也相应下降了千兆比特体系的辐射噪声。安捷伦科技公司的MT-RJ小封装光纤在数码速率高达1.25GBd的运用中具有广大的适用范畴。本文将关键介绍该系列产品在光纤信道以及千兆以太网的运用。前缀为HFBR的适用于多模光纤,前缀为HFCT的模块适用于单模光纤。后缀为5910E的模块用于光纤信道,后缀为5912E的模块则运用于千兆以太网。本文供给的参阅辅导,旨在简化千兆位通讯体系规划进程，缩短其市场化(商品化进程）。

　　将并行结构的数字体系衔接至一个千兆位串行通讯链路的功用块如图1所示。当数据从多比特并行字转化成8位字节,编码成10字节码位,并转化成高速串行数据时,跟着时钟频率的进步和字节周期的缩短,相位噪声(AKA颤动)的影响将变得愈加显着。为使输入10比特宽的编码字节串行化,设置在串并行转化器(SERDES)发送端的锁相环(PLL)会将并行数据时钟频率进步10或20倍,由编码进程将并行数据复用,发生高速串行数据。嵌入在SERDES芯片接纳器内的另一PLL可提取将串行数据转化并行格局所需的时钟。安捷伦科技的(SERDES芯片)嵌入式PLL运用完善的相位频率检测器及电荷泵差错信号放大器,改善了对电源噪声的抗扰性。尽管这一办法现已到达很高水平,但在每个PLL中压控振荡器是模仿的,因此SERDES芯片被称作是含有数字和模仿功用块的混合信号集成电路。

　　在光纤收发器模块中也集成了一个杂乱的电路,用来将SERDES的数据输出转化为调制激光器所需的模仿信号,并将接纳到的光脉冲转化回差分数据输出。尽管集成的水平已很高,但通讯体系的噪声仍有或许搅扰SERDES芯片和光纤收发器的正常作业。

　　在规划方面，本文的主导思维之一是使噪声搅扰到达最小，下降图1所示1、2、3、4测验点的颤动。等式1a和1b给出了串行数据通讯线路的信号速率,用波特率(码位/秒)标明。该参数可被用于测定(评判)光纤信道和千兆以太网的运用功率。

　　当串并行转化器(SERDES)芯片衔接千兆位MT-RJ小封装(SFF)光模块时,其有必要恪守的规划规矩可概括为下述关键。只需遵从这些规矩,就可以最大极限地缩短规划周期,节约工程资源。

　　1)在千兆位SFF模块与SERDES之间的高速数据串行线特性阻抗的传输线)用差分信号线衔接千兆位SFF模块与SERDES,以防止失衡和单端高速数据线或许构成的脉宽失线)布线时将高速差分串行线并在一同,并使它们长度相同,这样可使辐射影响和脉宽失线)防止高速串行数据线o曲折。在高速数据线改动方向时，运用大圆角或45o折线)选用具有地层和电源层的多层板。

　　6)千兆位SFF模块和SERDES有必要运用所主张的电源滤波器。为主体系数字硬件供电的直流电源电磁噪声相对较强,运用电源滤波器可以削减SERDES中锁相环(PLL)的颤动,可确保集成在千兆位SFF模块中接纳电路的灵敏度。

　　8)用10管脚电衔接千兆位SFF模块时,只需求为数不多的无源器材。有必要用低通滤波器按捺来自+3.3V电源的电磁搅扰,此电源是为主体系的数字逻辑电路供电的，有必要用两个130下拉电阻接到光纤接纳器的差分数据输出端。光纤发送器的差分输入是沟通耦合的,并且其终端匹配电路已被规划在发送器内,所以在来自SERDES芯片串行输出的传输线结尾不需求无源器材。

　　9)衔接千兆位SFF模块接纳器和SERDES的串行数据输入端的传输线有必要用一个与传输线)端相衔接。这个终端电阻应装置在SERDES芯片的串行数据输入端邻近。

　　10)安捷伦科技的千兆位SFF模块数据手册中给出了可选用的耦合电容和偏置电阻网络,这样可以使规划者从不同制造商那里选用SFF光纤模块。本文后附的参阅电路将关键介绍,在安捷伦科技千兆位SFF模块与SERDES芯片联合运用时,可完成的简化衔接。

　　衔接SERDES芯片与千兆位SFF模块的高速串行数据线应做成带-线或微带传输线标出一种带-线传输线尺度。在这种状况下,信号是在印制电路(PC)板两个等距的沟通地平面之间的介质夹层中传送的。带-线的阻抗由PC板资料的介电常数率(r)、电介质厚度(b)、传输线宽度(W)及铜传输线厚度(t)等决议。带-线描绘了微带传输线的尺度。在这种状况下,传输线在顶部是暴露在空气中的，底部在PC板上,地或电源层则坐落印制电路内层。微带线的阻抗由PC板资料的介电常数(r)、介质厚度(h)、传输线宽度(W)及铜带厚度(t)决议。微带传输线核算。

　　上述等式为一近似公式,但很有用。当然，有更精确的算式,但本文供给的近似等式对绝大多数数字规划作业来说现已满足了。

　　运用不同的接地计划可成功地结构千兆位通讯体系。一些体系规划者倾向于将电路公共端与机柜接地端多处共接。这是处处接地的计划。别的一些体系规划者则倾向于将电路公共端与机柜的衔接固定在某一个方位。安捷伦科技千兆位SFF光纤收发器模块的结构任选这两种体系接地技能中的一种。

　　不论运用什么接地技能,千兆位通讯体系内部仍会有一个电噪声环境。在机柜内,有源器材、无源元件和数据传输线均为潜在辐射源。体系的接地和电源层不会无噪声,由于VL=L(di/dt)和千兆位体系包括很多的高速数字信号。在典型的千兆位运用中,接地和电源层的寄生电感不会降到满足小的程度。接地和电源层需战胜宽并行字码一起开关构成的电流（di）大的改动,而高的数字传输速率,dt很小。所以千兆位体系的接地层和电源层必然会有噪声,并且在典型的运用中,VCC和接电端之间有100mV到200mV的沟通电位。换言之,电路的公共端(AKA地)不为零,因此它或许是千兆位数据通讯体系中的重要搅扰、辐射源。

　　为处理这一噪声环境,安捷伦科技选用介质阻隔的办法,运用绝缘资料将千兆位SFF模块背部的金属罩与MT-RJ插座的屏蔽罩阻隔。MT-RJ插座上的金属屏蔽罩被规划成全体指扣衔接的方式,这些指扣确保MT-RJ插座上的屏蔽罩可以衔接到主体系的外壳上。这些衔接指扣连同接插件屏蔽壳和SFF模块背部金属部件间的绝缘介质一起起作用,确保安捷伦科技SFF收发器不拾取和转发体系内部的辐射和传输噪声。在光纤接头组件封装的正面和背部之间也规划了一个绝缘阻隔,以防止SFF光纤模块受耦合噪声影响。该耦合噪声来自于封装盒内部及封装的外部环境。

　　安捷伦科技光纤模块的组件结构可使寄生电容降到最小,使模块前后部分之间的交互电感最小,并使盖在MT-RJ插座上的金属屏蔽套与模块尾部之间的阻抗最小。因此,相对光纤模块而言,流经内部电子部件与体系底座之间的高频沟通噪声电流大大减小了。当流经模块外壳的沟通噪声电流被削弱时,耦合到光纤接纳器的体系噪声被最小化,光纤数据通讯线路的噪声抗扰性得以改善。经过下降流经光纤衔接器的插孔邻近的体系底座噪声电流,沟通电流发生的电磁波搅扰也被下降。为了充分发挥这种封装的优势,模块反面的金属套应该与主体系的电路公共端相接,而MT-RJ插座的屏蔽套应与机柜上为光缆衔接器准备的孔衔接。不论是选用多点接地,仍是固定一点接地,规划者都应确保回流到+3.3V电源电压公共端的电流不流经在光纤收发器模块底部或相邻方位的印制电路板。关于这些因外部电源电流与光纤收发器模块之间的交互电感耦合和电容耦合导致的噪声搅扰来说,引导回流电流远离SFF模块是防止这些噪声搅扰的一项卓有成效的技能。

　　附于主体系+3.3V电源之上的噪声会下降光纤收发器及坐落数字通讯体系物理层的SERDES芯片的功用。从图1框图所示,假如电源噪声被注入到SERDES芯片的发射端PLL,则颤动将会在耦合到光纤模块的光发射器之前进入到串行数据中。图4指出了注入到模仿Vcc脚的电源噪声与嵌入在安捷伦科技HDMP-163A/1646ASERDES芯片中的PLL中信号颤动之间的联系。所示联系曲线是没有运用本文引荐的电源滤波器电路的状况。运用了本文引荐的电源滤波器电路后,SERDES芯片的颤动将显着下降。

　　还有一点需求留意的是,PLL电路对其-3dB闭环带宽中噪声频率发生呼应,而对超出PLL闭环频率的噪声有削弱作用。安捷伦科技SERDES芯片有一闭环带宽规模为800kHz~2MHz的PLL电路,因此,这些PLL电路与对源自高速数据线的噪声比较，对低频电源噪声更灵敏。低频噪声源(如供给32~64bit字符的总线bit字节的总线bit码位编码或高速串行数据比较,对体系的影响更大。在数据编码后,其最小基频十分高,因此PLL在抵挡搅扰方面作用显着。例如8b:10b编码器的最大极限值是至多答应5个码位周期不进行改动,这样,8b:10b编码器所答应的最坏状况是5个1后紧随5个0。在1.0625GBd码时,5个1后跟5个0的循环时刻(周期)是9.41ns,所以,这个数据方式的最小基频是106MHz。这一数值远远超出SERDES芯片中PLLs的-3dB带宽。噪声搅扰的传导是源于数字通讯体系的开关电源,由于直流电源的根底开关频率一般在PLLs闭环带宽之内。用于驱动CMOS和TTL逻辑电路的开关电源,一般不需求辅佐滤波器,但假如直流电源要求对在坐落千兆位串行数据通讯线路物理层中的SERDES芯片供电时,有必要先测定开关电路寄生噪声的起伏和频率,以确认是否读入滤波器。

　　SERDES芯片不是物理衔接界面中需求防止电源噪声的仅有器材。光纤收发器的功用也会遭到体系中的直流电源噪声的影响。激光发射器和光纤接纳器的功用皆会因主体系电源的不纯而受影响。直流电源噪声对光纤接纳器的影响最显着,由于接纳器作业在小信号状况,此小信号是信号经过长长的光纤之后在其结尾构成的。光纤收发器模块一般对传导噪声不太灵敏,由于发射器接纳和处理的是相对大的信号。图5示出安捷伦科技HFBR-5910E和HFBR-5912E千兆位SFF光纤收发模块的内部功用框图。这些模块根据安捷伦科技的850nm笔直谐振腔外表发射激光(VCSEL)技能,适用于50/125m和62.5/125m多模的光纤。运用1300nm法-布罗激光发射器的HFCT-5910E与HFCT-5912E单形式SFF光纤模块具有相同的功用。

　　接纳器的榜首级是PIN及前置发大器。在榜首级，PIN二极管光电检测器将光脉冲转化成电流脉冲,前置放大器将光电检测器的输出电流转化成电压。前置放大器是将光功率转化为电压的线性转化器,当输入光脉冲的功率改动时,PIN前置放大器输出的电压脉冲起伏与接纳到的光功率随之按正比例改动。也便是说,当接纳到的光信号削弱时,PIN前置放大器的输出电压下降,当接纳的信号增强时,PIN前置放大器的电信号随之增强。嵌入在HFBR-5010E和HFBR-5912ESFF模块中的PIN前置放大器和二极管检测器的典型转化增益是970V/W,这样，当光纤中的光信号的平均值为-17dBm时,加载在安捷伦科技的多模千兆位SFF模块内部的接纳器上的信号能量(图6),可用式4标明。

　　图6标明,假如激光发射器具有典型的12dB消光比,那么接纳器输入端的最大峰值功率为-14.3dBm(37.5W)，最小峰值功率为-26.3dBm(2.37W)。即被接纳的光功率的峰-峰值改动是35.2W。光功率的改动将由光接纳器的额外转化增益970V/W发生倍增,所以得到了34mVP-PPIN前置放大器的典型输出(式4)。这一相对而言较小的PIN前置放大器输出使呈现差错的概率降到极小。由于在误码率小于10-12时,安捷伦科技多模千兆位SFF模块内部的接纳器典型灵敏度大于-20dBm。为确保主体系中的电源噪声不下降接纳器的功用,主张必须用电源滤波器,防止+3.3V直流的噪声搅扰光纤接纳器前端的小信号。

　　图7示出在1.25GBd码率下测验HFBR-5910E/5912E内的多模接纳器时,接纳器输出眼图打开度与电源噪声之间的联系。图8所示为HFCT-5910E/5912E单模接纳器的相似联系。图7的虚线指出了当没有外部滤波器时，嵌入在多模SFF模块的光纤接纳器电源噪声的影响。图7的实线则是在运用了本文主张的外接滤波器电路后,接纳器电源的搅扰被扫除改善的状况。图8示出在引荐的滤波器电路运用于SFF单形式模块时,电源噪声的搅扰减小状况。

　　光纤信道和千兆以太网产品以1.0625GBd和1.25GBd的码率发送8B10B编码数据,所以,编码的串行数据的基频关于光纤信道是531.25MHz,关于千兆以太网是625MHz。千兆位数据通讯产品在串行数据速率的基频和谐波处会有电磁波辐射,所以数据通讯体系的封装必定要将这些辐射包住,以确保产品彻底到达FCC和IEC规范。假如千兆位数据通讯体系的金属机柜没有开孔,辐射就会禁闭在机柜里,但假如机柜有洞、槽或缝隙,电磁辐射就会走漏出去。一般状况是,外壳上的洞、槽、缝隙变大或开孔数目添加时,从体系走漏的辐射量将添加。更切当地说,经过金属支架上一个开孔的电磁波走漏,是与下述两个参数有关的:即开孔的最长的尺度(d)以及辐射频率的波长。式5便是孤立孔隙屏蔽辐射的“截止”频率。当波长小于或等于两倍孔最长边尺度时,孔的屏蔽衰减为0dB。但只要在外壳金属厚度远小于辐射波波长时,式5的联系式才是精确的。式6给出了波长、波速及电磁波频率间的联系。假如将式6代入式5,那么孤立孔的截止频率即可用式7a、式7b核算出来。

　　HFBR/HFCT-5912E与HFBR/HFCT-5910ESFF光纤模块规划成发生尽或许小的电磁辐射,防止千兆位数据通讯体系盒中电磁波走漏,污染环境。在MT-RJ插座的底部装置了一个金属隔板,屏蔽辐射,并将掩盖在光插座外的金属屏蔽壳规划成能刺进机柜开孔式,并且使辐射孔尽或许地小。由于改动了传统光纤衔接插座要求较大开孔的状况,所以带有MT-RJ衔接器插座的光纤模块可使机柜开孔的截止频率最大化。进一步进步开孔辐射截止频率的办法是,在MT-RJ插座外加装一个金属屏蔽罩,并与金属机柜开孔的导电内壁间有杰出电触摸(图9)。金属屏蔽罩与开口衔接之后,规划在屏蔽罩的触摸簧片将可使MT-RJ插座的最大尺度减小到0.125英寸(3.18mm)。

　　在空气中,电磁波速近似为3??08m/s,所以将波速和底孔尺度代入式7(a)后,屏蔽MT-RJ插座的截止频率便可按式7(b)核算出来。在频率小于截止点47GHz时,0.125(3.18mm)孔按频率每改动十倍衰减20dB的线)。假如金属机柜有多个相同最大尺度(d)的开口,则衰减将会按等式8所示联系减小,式8中N为孔数。直到N变得满足大使屏蔽衰减至0dB时，等式8的联系式才不成立。假如16个安捷伦科技SFF模块并排放在印制电路板上,等式8可示出屏蔽盒的功效将按12dB级数递减。与4??的阵列比较，尽管1??6的线性阵列,屏蔽作用略差,但1??6的排布仍是较常用的,由于它答应体系规划者在单块印制电路板上摆放更多光纤模块。

　　相同的结构技能不只削减了电磁辐射,一起也改善了ESD抗搅扰性,下降了软差错的概率。当安捷伦科技SFF模块被装置在数据通讯体系的金属外壳的印制电路板上时,静电电荷经过主体系的外壳无害地泄放。盖在MT-RJ插座上的屏蔽罩与主体系的金属外壳衔接后,可不再对体系内灵敏的电流改动发生影响,由于ESD电流只沿阻抗最小的途径流过主体系金属外壳。安捷伦科技SFF模块装置在体系上后,MF-RJ衔接器的屏蔽罩被接到体系的金属外壳上,这样装置的光纤收发器要比一般工业规范ESD更巩固。HFBR/HFCT-5912E和HEBR/HFCT-5910ESFF光纤模块曾按MIL-STD-883C办法3015.4进行查验,并到达一级功用的水平。为防止装置进程中ESD损坏,应采纳下述办法:首先将模块装置在印制板上,然后先于其它操作将此板装置到主体系框架上。

　　安捷伦科技MT-RJ光纤模块也很简单做成SERDES与集成在构建千兆以太网数据通讯体系所需的中心存取控制器(MAC)集成电路间的接口。图11示出了运用HDMP-1636A,HDP1646ASerdes芯片的千兆位计划原理图。

　　小封装光纤模块与MT-RJ兼容插座为千兆位数据通讯体系的规划者供给了许多优势条件。运用单一套管和少数部件的MT-RJ衔接器，下降了光纤互连的本钱。板密度添加而电磁辐射并未添加过多,则归功于小封装尺度及在安捷伦科技的千兆位MT-RJ模块中屏蔽罩的匠心独运的规划。根据文中所述的规划规矩及引荐原理电路，将会使开发新千兆位数据通讯产品的时刻显着缩短。比如传导噪声、EMI及接地技能及要求等,在文中均有阐明，它将协助体系规划者最有效地运用安捷伦科技SSF模块，使整个体系规划作业事半功倍。