摘要：本文是對HFRD-16.0參考設(shè)計：1Gbps至4.25Gbps有源SFP銅纜組件的補充。說明了DS28CZ04在有源銅纜SFP組件中作為串行控制接口的使用，建議讀者查找一些相關(guān)的參考設(shè)計，以便對本文有更深的理解。

概述

光纖通道、吉比特以太網(wǎng)和InfiniBand?網(wǎng)絡(luò)之間以高于1Gbps的速率交換數(shù)據(jù)。這些設(shè)備的標準接口為SFP (小型可插拔)口，其功能與GBIC (吉比特接口轉(zhuǎn)換器)相同，但尺寸更加緊湊、密度更高。有源銅纜SFP組件可直接插入SFP端口，內(nèi)嵌在電纜連接器的收發(fā)器可恢復、調(diào)理信號，使其能夠以4.25Gbps的速率傳送高達20米的距離。小型可插拔(SFP)收發(fā)器多源協(xié)議(MSA)1定義了機械(物理尺寸)和電氣接口(引腳配置、協(xié)議等)，包括模塊規(guī)格定義、接口和數(shù)據(jù)域說明。這些即插即用數(shù)據(jù)格式，也稱作SFP序列號，存儲在I2C總線接口的CMOS EEPROM內(nèi)。DS28CZ042 4kb I2C/SMBus? EEPROM完全符合SFP的要求。其通用I/O接口可提供附加功能，用于控制MAX3982銅纜驅(qū)動器或通過串口傳送MAX3748A接收信號的狀態(tài)。

電路

圖1給出了用于電纜兩端電路的簡化原理圖。左上部分框圖為SFP連接器，包括所有信號和引腳配置。其引腳名稱、信號功能之間的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。DS28CZ04 I2C存儲芯片連接到MOD-DEF1、MOD-DEF2以及發(fā)送器的電源/接地端。為了確保正確的SFP從地址，將地址引腳A1、A2接地。不使用寫保護(WP)和主機復位(MRZ)功能，這兩個引腳分別接地(WP)和電源端(MRZ)。PIO2和PIO3控制U2 (MAX39823驅(qū)動芯片)的輸入，發(fā)送數(shù)據(jù)以交流耦合的形式從SFP連接器傳遞給U2的差分輸入端，差分輸出直接驅(qū)動電纜。通過OUTLEV輸入端(由PIO1控制)可以將差分輸出幅度設(shè)置為兩種電平之一。有關(guān)U2其它引腳的連接細節(jié)，請參考上述HFRD-16.0。

圖中，來自SFP連接器的TX禁止信號控制MAX3982驅(qū)動器的輸出，沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，這種方式可以關(guān)閉差分輸出。另一種方式是：不使用外部TX禁止信號，而是當檢測不到差分輸入信號時禁止MAX3982輸出，這種情況下可以將MAX3982的LOS輸出直接連接到TX_DISABLE輸入端，MAX3982的TX_DISABLE端內(nèi)置上拉電阻。第三種方式則是綜合上述兩種控制TX_DISABLE的方法，需要一個額外的2輸入或門，其中一個輸入端連接到SFP連接器的TX禁止端，另一個連接到MAX3982的LOS輸出端，并通過10kΩ的上拉電阻接VCCT?；蜷T輸出驅(qū)動MAX3982的TX_DISABLE輸入端。

來自電纜的輸入信號以交流耦合方式饋入U3 (MAX3748A4接收器)，在U3中信號被恢復到原來的幅度，恢復后的信號隨后以交流耦方式傳遞到SFP連接器。如果來自電纜的信號丟失或幅度太小，U3將發(fā)出LOS報警信號至SFP連接器和DS28CZ04的PIO0口。MAX3748A的LOS為集電極開路輸出，需要一個4.7kΩ至10kΩ的上拉電阻接到主控制器的VCCR處，標注為MSA。U3其它引腳的連接方式，請參考HDRD-16.0說明書。


圖1. DS28CZ04用于有源銅纜SFP組件的簡化框圖

表1. SFP連接器引腳配置 Table 1. SFP Connector Pin Assignment

Pin Number	Name	Function
1	VEET	Transmitter Ground
2	TX_FAULT	Transmitter Fault Indication, active-high; low indicates normal operation
3	TX_DISABLE	Transmitter Disable, active-high; low indicates normal operation
4	MOD_DEF2	Module Definition 2, SDA, I2C data line
5	MOD_DEF1	Module Definition 1, SCL, I2C clock line
6	MOD_DEF0	Module Definition 0, tied to ground on the board
7	RATE_SELECT	Optional Input: select between full or reduced receiver bandwidth; low/open indicates reduced bandwidth, high indicates full bandwidth
8	LOS	Loss of Signal (from receiver chip), active-high; low indicates normal operation
9	VEER	Receiver Ground
10	VEER	Receiver Ground
11	VEER	Receiver Ground
12	RD-	Inverted Received Data Out (from receiver chip)
13	RD+	Received Data Out (from receiver chip)
14	VEER	Receiver Ground
15	VCCR	Receiver Power, 3.3V ±5% DC
16	VCCT	Transmitter Power, 3.3V ±5% DC
17	VEET	Transmitter Ground
18	TD+	Transmit Data In (to transmitter chip)
19	TD-	Inverted Transmit Data In (to transmitter chip)
20	VEET	Transmitter Ground

DS28CZ04用作SFP的串行控制接口

如圖2框圖所示，DS28CZ04由2線串行接口、4kb EEPROM以及4個雙向PIO組成，該器件通過工作在標準模式或快速模式的I2C接口與主處理器連接。DS28CZ04通過一個內(nèi)存地址和兩個從地址(通常為A0h、A2h)尋址512個存儲器地址。


圖2. DS28CZ04結(jié)構(gòu)框圖

DS28CZ04包含512字節(jié)存儲器，以256字節(jié)為單位分為兩段(低段、高段) (表2A和2B)。內(nèi)存映象和器件編址遵從SFF-8472數(shù)字診斷地址分配要求，可將WP端接至VCC從而對整個EEPROM進行寫保護。PIO引腳可一次尋址(單地址模式)也可獨立尋址(多地址模式)。直接尋址PIO可快速產(chǎn)生數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)采樣。

DS28CZ04包括幾個EEPROM寄存器，便于客戶選擇器件以SFF方式上電或定義下列上電缺省條件：

• 每個PIO的輸出狀態(tài)(高、低電平，輸入/輸出模式)，
• 每個PIO的數(shù)據(jù)方向(輸入、輸出)，
• 每個PIO的輸出類型(推挽、開漏)
• 每個PIO的讀取位反相(真、假)，一旦上電，可以通過SRAM寄存器重新寫入PIO設(shè)置，而不會影響上電缺省值。

圖3給出了PIO的簡化原理圖，觸發(fā)器可以通過PIO的R/W尋址寄存器、內(nèi)存地址7Ah和7Bh (器件地址為A0h)尋址。上電或復位時按照存儲在76h和77h (器件地址為A0h)中的數(shù)據(jù)初始化觸發(fā)器。當PIO設(shè)定為輸入時，PIO輸出為三態(tài)(高阻)。當PIO設(shè)定為輸出時，PIO的輸入端為相應(yīng)的讀取位反相異或的結(jié)果。

表2A. 內(nèi)存映象(器件地址 = A0h)

Address	Type	Access	Description
00h to 74h	EEPROM	R/W	User memory
75h	EEPROM	R/W	Special function/user memory; controls whether device powers-up into SFF Mode
76h	EEPROM	R/W	Power-on default for PIO output state and direction for all PIOs
77h	EEPROM	R/W	Power-on default for PIO output type and read-inversion for all PIOs
78h to 79h	---	R	Reserved (reads FFh)
7Ah	SRAM	R/W	Actual direction setting for all PIOs and device control/status register
7Bh	SRAM	R/W	Actual PIO read-inversion and PIO output type for all PIOs
7Ch to 7Fh	SRAM	R/W	PIO read/write access registers
80h to FFh	EEPROM	R/W	User memory

表2B. 內(nèi)存映象(器件地址 = A2h)

ADDRESS	TYPE	ACCESS	DESCRIPTION
00h to 6Dh	EEPROM	R/W	User memory
6Eh	EEPROM	R/W	SFF mode off: user memory
	---	R	SFF mode on: SFF optional status Register
6Fh to EFh	EEPROM	R/W	User memory
F0h to FFh	---	R	Reserved (reads FFh)

圖3. PIO簡化框圖

DS28CZ04設(shè)置

DS28CZ04在單芯片上集成了多種控制功能和SFP所需的多種特性。DS28CZ04的優(yōu)勢在于其可編程性，適合不同長度電纜的應(yīng)用，而需要更換板上元件(比如插件或0Ω電阻)。除電纜外，對于整個銅纜系列無需更換電路板的材料清單。為了獲得適當?shù)碾娐饭δ?，?yīng)該對DS28CZ04的內(nèi)存進行合理編程。請參考SFP MSA協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)規(guī)格或參考光收發(fā)器診斷監(jiān)控端口SFF-8472規(guī)格書中關(guān)于數(shù)字診斷接口的定義部分。5

必須特別注意四個PIO口的上電缺省值，本應(yīng)用中，PIO0為輸入端，PIO1和PIO3為輸出端。所有的輸出端都定義為漏極開路輸出，因為MAX3982的輸入端PE0、PE1和OUTLEV均內(nèi)置上拉電阻。除非有特殊情況，一般情況下，PIO1、PIO2和PIO3上電后為高電平狀態(tài)，為15米到20米電纜提供了最強的預(yù)加重輸出信號。PIO輸入數(shù)據(jù)無需取反讀取，SFF模式也是輸入選擇之一。如果選擇SFF模式，MAX3748A的LOS信號可以通過DS28CZ04內(nèi)存地址6E (從地址A2h)讀入，作為實時診斷。SFF模式并不禁止PIO1和PIO1的輸出功能。

上電狀態(tài)定義將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)上電缺省寄存器規(guī)定的狀態(tài)，表3、表4用彩色代碼指示我們的選擇。

Value resulting from configuration/application requirements Arbitrary assignment, "don't care" condition

表3. PIO輸出狀態(tài)(低半位)和方向(高半位)的上電缺省值

ADDR b7 b6 b5 b4 b3 b3 b1 b0 Hex 76h 0 0 0 1 1 1 1 1 1F

表4. PIO讀取位取反(低半位)和輸出類型(高半位)的上電缺省值

ADDR b7 b6 b5 b4 b3 b3 b1 b0 Hex 76h 1 1 1 1 0 0 0 0 F0

DS28CZ04評估(EV)板需借助PC機進行演示，關(guān)于評估板的詳細信息，請參考DS28CZ04EVKIT或與廠商聯(lián)系。

結(jié)論

對于有源銅纜SFP組件來說，DS28CZ04是性價比較高且應(yīng)用靈活的串口控制芯片。它不僅符合SFP/MSA規(guī)范，也符合光收發(fā)器SFF-8472診斷監(jiān)控接口的要求。