ONET1130EC：高速光通信领域的卓越之选

在高速光通信系统的设计中，选择一款性能优异、功能丰富的收发器芯片至关重要。今天，我们就来深入探讨一下 Texas Instruments 推出的 ONET1130EC 11.7 Gbps 收发器，它集成了双 CDR 和调制器驱动器，为高速数据传输提供了强大的支持。

文件下载：onet1130ec.pdf

一、产品概述

ONET1130EC 是一款工作电压为 2.5 V 的集成调制器驱动器和限幅放大器，具备发送和接收时钟及数据恢复（CDR）功能，可在 9.80 Gbps 至 11.7 Gbps 的数据速率下无需参考时钟运行。它支持光和电回环功能，CDR 旁路模式可用于较低数据速率的操作，还配备了两线串行接口，方便对各项功能进行数字控制。

二、产品特性亮点

（一）强大的 CDR 功能

• 无参考时钟运行：双 CDR 可在 9.80 - 11.7 Gbps 范围内无参考时钟运行，为系统设计带来了更大的灵活性。
• 可调节带宽：默认 CDR 带宽通常为 4.5 MHz，可通过 SEL_RES[0..2] 位进行调整，同时改变发送器和接收器 CDR 的带宽。
• 多种模式选择：支持快速锁定、频率检测自动模式等多种模式，可根据不同应用场景进行灵活配置。

（二）丰富的控制与诊断功能

• 两线数字接口：集成 DAC 和 ADC，通过两线数字接口实现对设备的控制和诊断管理。
• 输出极性选择：TX 和 RX 输出极性可选择，方便与不同的系统进行匹配。
• 可编程抖动传输带宽：可根据需要调整抖动传输带宽，优化信号质量。

（三）全面的保护与监控功能

• 激光安全特性：具备内置的激光安全特性，可检测多种故障条件，确保系统安全可靠运行。
• 自动功率控制（APC）：集成 APC 环路，可补偿平均光功率在电压、温度和时间上的变化。
• 电源监控与温度传感器：可实时监控电源电压和内部温度，为系统的稳定性提供保障。

三、技术规格剖析

（一）绝对最大额定值

在设计过程中，我们必须严格遵守器件的绝对最大额定值，以避免对器件造成永久性损坏。ONET1130EC 的电源电压在 VCC_TX、VCC_RX、VDD 处的范围为 -0.5 V 至 3 V，而 3.3 - V 耐受引脚的电压范围为 -0.5 V 至 3.6 V。此外，各引脚的最大电流和最高结温等参数也有明确的限制，在实际应用中务必注意。

（二）电气特性

• DC 电气特性：在推荐的工作条件下，器件的电源电流、功耗、输入输出电阻等参数都有详细的规定。例如，在单端 TX 模式且 CDRs 启用时，电源电流典型值为 225 mA，功耗为 563 mW。
• AC 电气特性：包括 CDR 锁定范围、输入输出回波损耗、抖动特性等。发送器和接收器的 CDR 锁定范围均为 9.8 - 11.7 Gbps，可满足大多数高速数据传输的需求。

（三）热性能

器件的热性能对于其稳定性和可靠性至关重要。ONET1130EC 的结到环境热阻 (R{θJA}) 为 37.2 °C/W，结到电路板热阻 (R{θJB}) 为 7.8 °C/W，在设计散热方案时需要参考这些参数。

四、内部结构与工作原理

（一）功能框图

ONET1130EC 由发送路径、接收路径、模拟参考块、模数转换器和两线串行接口及控制逻辑块等部分组成。发送路径包括可调输入均衡器、多速率 CDR 和输出调制器驱动器；接收路径包括限幅放大器、可编程均衡器和阈值调整、多速率 CDR 及输出驱动器。

（二）发送器工作原理

• 均衡器：数据信号通过 TXIN+ / TXIN - 引脚输入到输入均衡器，可对 FR4 印刷电路板上长达 300 mm 的微带线或带状线传输线进行均衡。
• CDR：通过锁相环（PLL）和重定时器实现时钟和数据恢复功能，可有效减少数据中的高频抖动。
• 调制器驱动器：调制电流由调制电流发生器提供，可通过两线串行接口进行数字控制。输出引脚的极性可反转，还可选择单端或差分输出模式。

（三）接收器工作原理

• 均衡器：数据信号通过 RXIN+ / RXIN - 引脚输入到输入均衡器，为光接收器提供带宽补偿。
• CDR：与发送器的 CDR 类似，可实现时钟和数据恢复，减少数据抖动。
• 输出驱动器：输出幅度可通过寄存器设置在 300 mVpp 至 900 mVpp 之间调整，还可提供可调的去加重功能。

五、应用与设计要点

（一）典型应用场景

ONET1130EC 适用于 XFP 和 SFP + 10 Gbps SONET OC - 192 光收发器以及 XFP 和 SFP + 10 GBASE - ER/ZR 光收发器等高速光通信系统。

（二）设计要求与步骤

1. 差分模式设计

• 输入输出连接：发送器输入引脚 TXIN+ 和 TXIN - 需交流耦合到主机系统信号，输出引脚 TXOUT+ 和 TXOUT - 交流耦合到调制器输入。接收器输入引脚 RXIN+ 和 RXIN - 交流耦合到 ROSA 输出，输出引脚 RXOUT+ 和 RXOUT - 交流耦合到主机系统接收器输入。
• 偏置 - T 设计：为输出驱动器晶体管提供足够的裕量电压，偏置 - T 中的电感应具有低直流电阻，以减少直流电压降。

2. 单端模式设计

• 输入输出连接：发送器输入引脚连接方式与差分模式相同，输出端建议将 TXOUT+ 引脚交流耦合到调制器输入，TXOUT - 引脚可悬空或通过 50 Ω 电阻终止到 VCC。
• 偏置 - T 设计：同样需要为 TXOUT+ 引脚提供偏置 - T，确保输出驱动器的正常工作。

（三）布局注意事项

• 传输线设计：使用 50 - Ω 传输线（100 - Ω 差分）连接高速输入和输出，尽量缩短传输线长度，减少损耗和模式相关抖动。
• 隔离设计：最大化 TXOUT+ 和 TXOUT - 传输线与 RXIN+ 和 RXIN - 传输线之间的距离，以减少发送器到接收器的串扰。

六、总结与展望

ONET1130EC 凭借其卓越的性能、丰富的功能和灵活的配置选项，在高速光通信领域具有广阔的应用前景。作为电子工程师，在使用该器件进行设计时，需要深入理解其技术规格和工作原理，严格遵守设计要求和布局规范，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，随着光通信技术的不断发展，我们也期待 Texas Instruments 能够推出更多性能更优、功能更强的产品，为高速数据传输带来更多的可能性。

你在使用 ONET1130EC 进行设计的过程中遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。