Page 33 - 网络电信2021年6月刊上
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解 决 方 案
式：Cmin=7.8×RNUM×TC/R（1）式中：C为交流耦合电容值； 2.2 光模块的原理及PCB设计
RNUM为最大容许的连0或连1的比特位数；R为负载的阻抗，一般 光模块的硬件原理设计中光纤电信号与FPGA的高速接口互
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取50Ω；T为数据速率，设计中按照2GB/s，即T=0.5ns。经了 通，根据实际情况选择单路或多路并行收发 。利用光模块的
解，比特位最大的长度为100，因此可以算出Cmin=7.8nF，依据 自带的自检电压告警信号（FC_ALERT）来监测光模块是否正常
电容E-24标准系列，可将AC滤波电容确定在10nF； 工作，并通过FC_SD1和FC_SD22个信号对光纤电缆接收的光信号
（2）周期抖动、相位抖动都与时钟密切相关。高精度的 的有无进行监测，当接收端光功率高于阈值，输出高电平，反
时钟选型和高速PCB设计相辅相许。时钟的周期抖动需要控制在 之输出低电平，发出光电告警信号。工作电源采用LDO设计，将
100ps以内，相位抖动最大则为上下偏差50ps，实际设计中所用 数字电压5V转成光模块专用的3.3V（3.3V_FC），减少纹波，便
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的CPU芯片有支持单端时钟源输入，但肯定对噪声很敏感，不适 于光模块稳定工作 。图3所示为光模块的原理。
合。所以应选择稳定的差分时钟源，采用LVDS交流耦合方式， 因系统的特殊性，光模块不能直接与外部互联，必须选择
布局时紧靠负载端，严格控制线径阻抗为100R，P/N端误差控制 良好的光纤跳线进行转接。光模块与光纤子卡采用的是高速串
在5mil。一般都知，PCB的表层信号传输快于内层，其中表层传 行总线，设计中必须按照高速原则进行走线设计，设计中采用3
输的时间延迟为140～180ps，而内层走线则需要180ps，但考虑 W原则，控制差分对等长误差为10mil（实际PCB设计误差控制在
到表层的阻抗不便控制，布局的时候紧靠负载端，依据信号仿 3mil内），差分对内的P/N误差为5mil（实际PCB设计误差控制
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真，最后确定为内层走线。 在2mil内），参考层为完整的GND平面 。图4所示为PCB的实际
（3）预加重和去加重技术主要应用在高速串行接口，预加 设计图，表1所示为实际PCB设计时FC差分对长度。
重和去加重技术都是为了解决传输信号中高频信号的衰减。因 3.光纤电缆的安装设计
为在高速信号传输中，高频的分量衰减要比低频分量衰减大很 从图1可知，必须进行相关线缆转接，结构固定方能实现系
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大，传输线路表现的是一个低通滤波器，所以必须采用预加重 统的组装。加上为保证光模块工作可靠性 ，光纤最小弯曲半
技术，在传输线的始端增强信号的高频成分，即增加信号上升 径要求为20～25倍光纤直径，如此方能使光的耗散率、色散位
沿和下降沿处的幅度，维持其它地方幅度不便；去加重则是保 移、衰减系数等指标达到最小。设计中采用多种数模工具建模
持高频信号上升沿和下降沿技术，其他地方减弱。依据信号仿 分析，最终采用图5所示的光纤线缆，光纤电缆直径为0.9mm，
真结果，考虑系统功耗，最终采用去加重技术，按照PCIe高速 光纤线缆一端为4个A8T光插头，可以直接插入S6矩形连接器；
走线信号规则，长度符合图2所示，完成PCIe从原理到PCB设计 另一端为MT插针，与光模块的MT插针一端对接。如图6所示，将
的全过程，并为后续XFS-6A系统打下良好基础。 装有导销的MT插针（光纤电缆一端）与没有安装导销的MT插
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