DS28CZ04在铜缆传输SFP中的装配

摘要：本文是对HFRD-16.0参考设计：1Gbps至4.25Gbps有源SFP铜缆组件的补充。说明了DS28CZ04在有源铜缆SFP组件中作为串行控制接口的使用，建议读者查找一些相关的参考设计，以便对本文有更深的理解。

概述

光纤通道、吉比特以太网和InfiniBand™网络之间以高于1Gbps的速率交换数据。这些设备的标准接口为SFP (小型可插拔)口，其功能与GBIC (吉比特接口转换器)相同，但尺寸更加紧凑、密度更高。有源铜缆SFP组件可直接插入SFP端口，内嵌在电缆连接器的收发器可恢复、调理信号，使其能够以4.25Gbps的速率传送高达20米的距离。小型可插拔(SFP)收发器多源协议(MSA)¹定义了机械(物理尺寸)和电气接口(引脚配置、协议等)，包括模块规格定义、接口和数据域说明。这些即插即用数据格式，也称作SFP序列号，存储在I²C总线接口的CMOS EEPROM内。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铜缆驱动器或通过串口传送MAX3748A接收信号的状态。

电路

图1给出了用于电缆两端电路的简化原理图。左上部分框图为SFP连接器，包括所有信号和引脚配置。其引脚名称、信号功能之间的对应关系如表1所示。DS28CZ04 I²C存储芯片连接到MOD-DEF1、MOD-DEF2以及发送器的电源/接地端。为了确保正确的SFP从地址，将地址引脚A1、A2接地。不使用写保护(WP)和主机复位(MRZ)功能，这两个引脚分别接地(WP)和电源端(MRZ)。PIO2和PIO3控制U2 (MAX3982³驱动芯片)的输入，发送数据以交流耦合的形式从SFP连接器传递给U2的差分输入端，差分输出直接驱动电缆。通过OUTLEV输入端(由PIO1控制)可以将差分输出幅度设置为两种电平之一。有关U2其它引脚的连接细节，请参考上述HFRD-16.0。

图中，来自SFP连接器的TX禁止信号控制MAX3982驱动器的输出，没有数据传输的情况下，这种方式可以关闭差分输出。另一种方式是：不使用外部TX禁止信号，而是当检测不到差分输入信号时禁止MAX3982输出，这种情况下可以将MAX3982的LOS输出直接连接到TX_DISABLE输入端，MAX3982的TX_DISABLE端内置上拉电阻。第三种方式则是综合上述两种控制TX_DISABLE的方法，需要一个额外的2输入或门，其中一个输入端连接到SFP连接器的TX禁止端，另一个连接到MAX3982的LOS输出端，并通过10kΩ的上拉电阻接VCCT。或门输出驱动MAX3982的TX_DISABLE输入端。

来自电缆的输入信号以交流耦合方式馈入U3 (MAX3748A4接收器)，在U3中信号被恢复到原来的幅度，恢复后的信号随后以交流耦方式传递到SFP连接器。如果来自电缆的信号丢失或幅度太小，U3将发出LOS报警信号至SFP连接器和DS28CZ04的PIO0口。MAX3748A的LOS为集电极开路输出，需要一个4.7kΩ至10kΩ的上拉电阻接到主控制器的VCCR处，标注为MSA。U3其它引脚的连接方式，请参考HDRD-16.0说明书。


图1. DS28CZ04用于有源铜缆SFP组件的简化框图

表1. SFP连接器引脚配置 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

如图2框图所示，DS28CZ04由2线串行接口、4kb EEPROM以及4个双向PIO组成，该器件通过工作在标准模式或快速模式的I²C接口与主处理器连接。DS28CZ04通过一个内存地址和两个从地址(通常为A0h、A2h)寻址512个存储器地址。


图2. DS28CZ04结构框图

DS28CZ04包含512字节存储器，以256字节为单位分为两段(低段、高段) (表2A和2B)。内存映象和器件编址遵从SFF-8472数字诊断地址分配要求，可将WP端接至VCC从而对整个EEPROM进行写保护。PIO引脚可一次寻址(单地址模式)也可独立寻址(多地址模式)。直接寻址PIO可快速产生数据、进行数据采样。

DS28CZ04包括几个EEPROM寄存器，便于客户选择器件以SFF方式上电或定义下列上电缺省条件：

• 每个PIO的输出状态(高、低电平，输入/输出模式)，
• 每个PIO的数据方向(输入、输出)，
• 每个PIO的输出类型(推挽、开漏)
• 每个PIO的读取位反相(真、假)，一旦上电，可以通过SRAM寄存器重新写入PIO设置，而不会影响上电缺省值。

图3给出了PIO的简化原理图，触发器可以通过PIO的R/W寻址寄存器、内存地址7Ah和7Bh (器件地址为A0h)寻址。上电或复位时按照存储在76h和77h (器件地址为A0h)中的数据初始化触发器。当PIO设定为输入时，PIO输出为三态(高阻)。当PIO设定为输出时，PIO的输入端为相应的读取位反相异或的结果。

表2A. 内存映象(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. 内存映象(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)

图3. PIO简化框图

DS28CZ04设置

DS28CZ04在单芯片上集成了多种控制功能和SFP所需的多种特性。DS28CZ04的优势在于其可编程性，适合不同长度电缆的应用，而需要更换板上元件(比如插件或0Ω电阻)。除电缆外，对于整个铜缆系列无需更换电路板的材料清单。为了获得适当的电路功能，应该对DS28CZ04的内存进行合理编程。请参考SFP MSA协议规定的数据规格或参考光收发器诊断监控端口SFF-8472规格书中关于数字诊断接口的定义部分。5

必须特别注意四个PIO口的上电缺省值，本应用中，PIO0为输入端，PIO1和PIO3为输出端。所有的输出端都定义为漏极开路输出，因为MAX3982的输入端PE0、PE1和OUTLEV均内置上拉电阻。除非有特殊情况，一般情况下，PIO1、PIO2和PIO3上电后为高电平状态，为15米到20米电缆提供了最强的预加重输出信号。PIO输入数据无需取反读取，SFF模式也是输入选择之一。如果选择SFF模式，MAX3748A的LOS信号可以通过DS28CZ04内存地址6E (从地址A2h)读入，作为实时诊断。SFF模式并不禁止PIO1和PIO1的输出功能。

上电状态定义将数据转换成数据上电缺省寄存器规定的状态，表3、表4用彩色代码指示我们的选择。

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

表3. PIO输出状态(低半位)和方向(高半位)的上电缺省值

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

表4. PIO读取位取反(低半位)和输出类型(高半位)的上电缺省值

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

DS28CZ04评估(EV)板需借助PC机进行演示，关于评估板的详细信息，请参考DS28CZ04EVKIT或与厂商联系。

结论

对于有源铜缆SFP组件来说，DS28CZ04是性价比较高且应用灵活的串口控制芯片。它不仅符合SFP/MSA规范，也符合光收发器SFF-8472诊断监控接口的要求。