基于銅的連接在很長一段時間內(nèi)為我們提供了良好的服務(wù)，并且將繼續(xù)在從性能和成本角度來看有效的應(yīng)用程序中實現(xiàn)這一目標。然而，對于超高速和/或長距離信號傳輸，使用金屬導(dǎo)體的材料成本和物理信號限制已經(jīng)引起了人們對其他傳輸機制的關(guān)注。

光纖并不新鮮，電信業(yè)推動了發(fā)展并部署光纖收發(fā)器和鏈路，使它們現(xiàn)在遍布全球。我們的設(shè)計中很少有人需要以如此高的速度穿越長距離。我們中有更少的人擁有足夠的口袋來建立龐大的高速網(wǎng)絡(luò)。另一方面，工程師現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)當?shù)氐囊笳谕苿咏饘倩ミB的極限。那是因為對通信的需求不僅僅是計算機中心之間的長距離布線。通信必需品也擴展到機架到機架甚至板對板，所有這些都將光纖技術(shù)推向更高速的設(shè)計。

MCU上的傳統(tǒng)COM鏈路足以滿足子Mbit的需求/秒數(shù)據(jù)速率。然后以太網(wǎng)將我們從10 Mbit/s帶到100 Mbit/s，現(xiàn)在1 Gbit/s鏈路很常見。這是銅耗盡蒸汽和光纖開始閃耀的地方。

本文著眼于工程師在連接微控制器和光纖時面臨的問題和關(guān)注點。這包括設(shè)置和控制接收器的激光發(fā)射器功率電平和靈敏度閾值以及實時跟蹤性能的基本任務(wù)。

頂部視圖

我們可以將微控制器與光纖的結(jié)合分為兩大類。一方面是高端網(wǎng)絡(luò)處理器。它們以非常高的速度實現(xiàn)和解碼來自多個數(shù)據(jù)流的協(xié)議，通常與FPGA結(jié)合使用，而這些部分本身就是一個類。

另一方面是控制或生活在其中的較小的專用處理器（或靠近模塊化或離散的發(fā)射器，接收器或收發(fā)器。離散檢測器，發(fā)射器，激光器，光纖連接器和電纜組件當然讓我們將所有光纖元件放在我們自己的電路板上。當只需要幾個鏈路時，整個通信鏈路可以在電路板上復(fù)制。

我們的主要嵌入式處理器當然可以存儲和檢索發(fā)射功率電平，接收偏置和熱補償?shù)男蕯?shù)據(jù)。這些可以在上電和復(fù)位期間按順序設(shè)置，作為初始化過程的一部分。然而，跟蹤性能并實時動態(tài)調(diào)整許多鏈路的通信參數(shù)會對中央主機處理器產(chǎn)生影響，尤其是在需要許多光纖鏈路的情況下。

在后一種情況下，一種可行的方法是設(shè)計我們自己的模塊或模塊化電路塊，可以像任何其他部件一樣實施和庫存，并像新設(shè)計上的復(fù)制和粘貼功能一樣進行復(fù)制。在這種情況下，每個模塊中的小型專用處理器可以實時跟蹤和監(jiān)控鏈路的性能（圖1）。

圖1：如果中央處理器具有監(jiān)控并快速校正所有光纖鏈路，可以將電平保持在最佳點。如果發(fā)生的采樣和校正周期太少，參數(shù)可能會漂移到引入誤差的水平。與1，000不同，一個鏈接不是監(jiān)控的負擔。

乍一看，這似乎是浪費精力或不必要的冗余。為什么我只能使用一個小型處理器？這取決于我們需要多少鏈接。一個鏈接可能不會從嵌入式控制器中占用太多主機處理時間和資源，但可以累計1，000個鏈接。體積小，價格低廉，體積大，預(yù)編程的封裝或甚至裸片形式的專用處理器將比模塊化光纖設(shè)計中的大多數(shù)其他組件便宜。

這種方法的另一個好處是能夠為模塊化供電帶有外部高精度時鐘的收發(fā)器。這允許在多個鏈路上進行偏斜控制和數(shù)據(jù)同步傳輸。

在我們的模塊中，基本處理器可以存儲參數(shù)以及執(zhí)行診斷。當高速不是光纖鏈路的要求時，這些專用處理器還可以作為串行到并行和并行到串行轉(zhuǎn)換器。

光纖的一個主要優(yōu)點是電流電隔離。如果您正在制造的盒子連接到高壓公用設(shè)施線并需要通信，工業(yè)光纖的廉價塑料光纖是理想的解決方案，特別是如果只需要亞Mbit/s數(shù)據(jù)速率。

較低成本的塑料光纖（圖2）設(shè)計用于工業(yè)常見的1.0 mm或1，000μm芯塑料光纖，并且通常使用可見光LED而不是昂貴的激光器。現(xiàn)成的PCB發(fā)射二極管以及接收器光電晶體管可輕松放置在電路板的外圍。然而，大多數(shù)情況下，高數(shù)據(jù)速率將推動對光纖的需求，而塑料則不會這樣做。

圖2：低成本的現(xiàn)成塑料光纖鏈路非常適合低速微控制器數(shù)據(jù)速率，可以受益于塑料光纖提供的高壓隔離。這些也可以在高噪聲環(huán)境中運行OEM或自己動手？

如果我們的設(shè)計需要符合行業(yè)標準協(xié)議并與來自數(shù)十家不同制造商的設(shè)備進行互操作，那么對成品和認證模塊進行OEM制造是最快，最便宜的上市方式。如果您可以控制鏈接到鏈接的特性，那么設(shè)計自己的鏈接會在時間允許的情況下節(jié)省資金。

最簡單的控制鏈接是離散發(fā)送器。僅發(fā)送鏈路比收發(fā)器簡單，基本上是可編程激光驅(qū)動器，通過數(shù)據(jù)打開和關(guān)閉。 ADI公司ADN2830ACPZ32等離散激光驅(qū)動器使用平均光功率的閉環(huán)控制，并調(diào)整激光偏壓以維持和監(jiān)控光電二極管電流。偏置控制范圍為4至200 mA。這些可以報告狀態(tài)，但通常通過偏置電阻或微調(diào)設(shè)置。

分立光纖接收器填寫收發(fā)器鏈路的另一端;在這里，數(shù)字 - trimpot式閾值檢測和增益選擇可以讓我們的專用或集中式主機處理器控制和調(diào)整性能。

示例處理器

幾個簡單的專用微控制器可用于我們的傳輸，接收或收發(fā)器模塊或模塊組。德州儀器（TI）MSP430FR5739IRHAR等基本處理器是光收發(fā)器模塊內(nèi)部管理功能的理想選擇，例如用于設(shè)置NovRAM存儲器的校準功率電平。請注意使用FRAM來提高可靠性。這些MCU還可以監(jiān)控溫度并補償功率水平和靈敏度閾值。 TI正積極為其處理器瞄準光纖網(wǎng)絡(luò)。1

當使用多組光纖收發(fā)器且TI提供有關(guān)MSP430系列低功耗操作和功能的培訓(xùn)模塊時，降低功耗是一個關(guān)鍵問題。該系列的概述PTM也在線，因為它專注于設(shè)計工具?？捎糜诠饫w網(wǎng)絡(luò)的MSP-EXP430FR5739開發(fā)套件也可從Digi-Key獲得。

Maxim是另一家專門針對光纖通信的制造商，其嵌入式控制器設(shè)計用于SFP +，QSFP，40 G和100 G光學(xué)收發(fā)器，以及PON雙工器和三工器（圖3）。 DS4830被稱為光學(xué)微控制器，是一個16位微控制器，由一個13位A/D轉(zhuǎn)換器和26個可復(fù)用輸入包圍。

圖3：16位嵌入式微控制器是致力于保持高速光纖鏈路的完整性，同時優(yōu)化功耗并控制主動冷卻技術(shù)一個特別好的功能是8通道，12位緩沖DAC以及基于10通道升壓/降壓PWM的DC/DC控制器，分辨率高達12位。這允許相當容易地對多個激光器進行精確和快速的功率控制。設(shè)置，調(diào)整和覆蓋可以通過芯片的I2C端口進行，并且可以通過使用JTAG端口為內(nèi)部處理器開發(fā)自定義代碼。

Maxim還提供DS4830EVKIT＃光學(xué)微控制器評估套件，支持整個MAXQ系列嵌入式微控制器。

如前所述，有源溫度和功率控制對光纖鏈路的可靠性至關(guān)重要。 Maxim提供了一個應(yīng)用筆記，說明了嵌入式處理器需要執(zhí)行的控制環(huán)路，以便將溫度可靠地保持在安全范圍內(nèi).2

總結(jié)

光纖不僅適用于長距離信號傳輸。現(xiàn)代服務(wù)器需要高速，機架到機架的通信，甚至在一個盒子內(nèi)，信號速度可能決定了對光纖通信鏈路的需求。

無論是在PCB上放置幾個鏈路，還是設(shè)計自己的鏈路模塊化解決方案，工程師可以利用嵌入式處理器來保持驅(qū)動器和功率參數(shù)不變，從而實現(xiàn)更高的可靠性和一致這些處理器也可以作為模塊化設(shè)計的一部分，以節(jié)省成本或滿足高壓隔離等特殊需求，或者在不降低信號的情況下穿越高EMI/RFI路徑。

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