ONET1130EP 11.7 Gbps 收发器：技术剖析与应用指南

在高速数据传输的领域中，ONET1130EP 11.7 Gbps 收发器凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入剖析这款收发器，了解它的特点、应用场景以及设计要点。

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一、ONET1130EP 简介

ONET1130EP 是一款集成调制驱动器和限幅放大器的芯片，工作速率范围为 1 Gbps 至 11.7 Gbps。它具备光和电回环功能，通过两线串行接口实现数字控制，为高速数据传输提供了稳定而可靠的解决方案。

（一）产品特点

1. 集成度高：集成限幅放大器和调制驱动器，减少了外部元件的使用，降低了设计复杂度。
2. 数字接口灵活：采用两线数字接口，集成 DAC 和 ADC，方便进行控制和诊断管理。
3. 输出极性可选：支持 TX 和 RX 的电和光回环输出极性选择，增强了系统的灵活性。
4. 调制驱动器强大：输出幅度可达 2 VPP 单端，偏置电流源可达 150 mA。
5. 自动功率控制：具备自动功率控制（APC）环路，可选择监控 PD 范围。
6. 可编程特性丰富：包括 TX 输入均衡、TX 交叉点调整和去加重等功能，还具备激光安全特性。
7. 温度适应性强：工作温度范围为 -40°C 至 100°C，适用于各种恶劣环境。
8. 封装小巧：采用 4 mm x 4 mm 32 引脚 QFN 封装，节省电路板空间。

（二）应用场景

ONET1130EP 主要应用于 SFP+ 10 Gbps SONET OC - 192 光收发器和 SFP+ 10 GBASE - ER/ZR 光收发器，为高速光通信系统提供了关键支持。

二、详细技术分析

（一）引脚配置与功能

ONET1130EP 的引脚配置丰富多样，每个引脚都有其特定的功能。以下是一些关键引脚的介绍：

1. AMP（16 脚）：模拟输入引脚，用于控制输出幅度，不使用时可悬空。
2. BIAS（10 脚）：模拟引脚，在 APC 和开环模式下为激光器提供或吸收偏置电流。
3. COMP（23 脚）：补偿引脚，用于控制 APC 环路的带宽，需连接一个 0.01 - uF 电容到地。
4. GND（3、6、19、22 脚）：电路接地引脚。
5. MONB（2 脚）：模拟输出引脚，用于监测偏置电流。
6. MONP（8 脚）：模拟输出引脚，用于监测光电二极管电流。
7. PD（7 脚）：光电二极管输入引脚，可根据寄存器设置提供或吸收电流。
8. RX_DIS（26 脚）：数字输入引脚，高电平时禁用接收器输出缓冲器。
9. RX_LOS（24 脚）：数字输出引脚，高电平表示接收器输入信号幅度低于编程阈值。
10. TX_DIS（32 脚）：数字输入引脚，高电平时禁用偏置和调制电流。

（二）性能参数

1. 绝对最大额定值：
   • 电源电压（VCC_TX、VCC_RX、VDD）：-0.5 V 至 3 V。
   • 3.3 - V 耐受引脚电压：-0.5 V 至 3.6 V。
   • 其他引脚电压：-0.5 V 至 3 V。
   • 最大电流：发射机输入引脚 10 mA，发射机输出引脚 125 mA，接收机输入引脚 10 mA，接收机输出引脚 30 mA。
   • 最大结温：125°C。
   • 存储温度：-65°C 至 150°C。
2. ESD 额定值：人体模型（HBM）为 +2000 V，带电设备模型（CDM）为 +750 V。
3. 推荐工作条件：
   • 电源电压：2.37 V 至 2.63 V。
   • 数字输入高电压：2 V。
   • 数字输入低电压：0.8 V。
   • 光电二极管电流范围：根据不同设置有所不同。
   • 串行数据速率：1 至 11.7 Gbps。
   • 输入上升和下降时间：20% - 80% 时为 30 至 45 ps。
   • 温度：-40°C 至 100°C。

（三）功能模块

1. 发射路径：
   • 输入均衡器：可对 FR4 印刷电路板上长达 300 mm（12 英寸）的微带或带状线传输线进行均衡，输入幅度范围为 100 mVpp 至 1000 mVpp。
   • 调制驱动器：输出可优化驱动 50 Ω 单端负载，最大单端输出电压可达 2.0 Vpp，可通过设置寄存器实现单端或差分输出模式。
   • 调制电流发生器：通过两线接口或 AMP 引脚控制，可设置所需的调制电流和输出电压。
   • DC 偏移消除和交叉点控制：可补偿内部偏移电压，通过寄存器设置调整交叉点。
   • 发射回环：可将输入信号回环到接收器输出，支持电回环和光回环。
   • 偏置电流生成和 APC 环路：偏置电流默认关闭，可通过寄存器设置开启。在开环和 APC 模式下，偏置电流根据不同设置确定。
2. 接收路径：
   • 输入均衡器：对光接收器进行带宽补偿，输入幅度范围为 6 mVpp 至 800 mVpp。
   • DC 偏移消除和交叉点控制：补偿内部偏移电压，通过寄存器设置调整输入阈值和交叉点。
   • 输出驱动器：输出幅度可在 300 mVpp 至 900 mVpp 之间调整，具备可调去加重功能。
   • 信号丢失检测：通过两个独立的电平检测器实现，可设置不同的检测范围和阈值。
3. 模拟模块：
   • 模拟参考和温度传感器：由单一 2.5 V ±5% 电源供电，可监测电源电压和温度。
   • 上电复位：确保所有寄存器在启动时复位到默认值。
   • 模数转换器：将模拟监测参数转换为 10 位无符号数字字，可通过两线接口读取。
   • 两线接口和控制逻辑：用于数字控制，支持读写操作，遵循特定的通信协议。

（四）寄存器映射

ONET1130EP 具有多个寄存器，用于控制和监测芯片的各种功能。这些寄存器分为 R/W 控制寄存器、RX 寄存器、TX 寄存器、只读寄存器和调整寄存器等。通过对这些寄存器的设置和读取，工程师可以实现对芯片的精确控制。例如，通过设置 TXBIASEN 位可以开启激光器偏置电流，通过读取 ADC 寄存器可以获取温度、电源电压等参数。

三、应用设计要点

（一）应用信息

ONET1130EP 通常与发射光子组件（TOSA）和接收光子组件（ROSA）配合使用，常见于 XFP 或 SFP+ 10 Gbps 光收发器中。在不同的应用场景中，需要根据具体需求进行设计。

（二）典型应用电路

1. 发射差分模式：
   • 设计要求：电源电压 2.5 V，发射机输入电压 100 mVpp 至 1000 mVpp 差分，发射机输出电压 1 Vpp 至 3.6 Vpp 差分，接收机输入电压 6 mVpp 至 800 mVpp 差分，接收机输出电压 300 mVpp 至 900 mVpp 差分。
   • 详细设计步骤：输入侧 TXIN+ 和 TXIN - 引脚需 AC 耦合到主机系统信号，输出侧 TXOUT+ 和 TXOUT - 引脚分别 AC 耦合到调制器的正负极输入，并通过偏置 - T 提供足够的电压。
2. 发射单端模式：
   • 设计要求：电源电压 2.5 V，发射机输入电压 100 mVpp 至 1000 mVpp 差分，发射机输出电压 0.5 Vpp 至 2 Vpp 单端，接收机输入电压 6 mVpp 至 800 mVpp 差分，接收机输出电压 300 mVpp 至 900 mVpp 差分。
   • 详细设计步骤：输入侧与差分模式相同，输出侧推荐将 TXOUT+ 引脚 AC 耦合到调制器输入，TXOUT - 引脚可悬空或通过 50 Ω 电阻连接到 VCC，并通过偏置 - T 提供足够的电压。

（三）电源供应建议

为了减少发射机和接收机电源之间的耦合以及数字信号对模拟电路的干扰，ONET1130EP 采用了独立的电源供应。VCC_TX 为发射机供电，VCC_RX 为接收机供电，VDD 为数字电路供电。同时，应在电源引脚附近放置去耦电容，以确保电源的稳定性。

（四）布局指南

1. 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。
2. 最大化 TXOUT+ 和 TXOUT - 传输线与 RXIN+ 和 RXIN - 传输线之间的距离，以减少发射机到接收机的串扰。
3. 在单端模式下，建议将未使用的输出端通过 50 - Ω 电阻连接到 VCC。

四、总结

ONET1130EP 11.7 Gbps 收发器以其出色的性能、丰富的功能和灵活的配置，为高速光通信系统提供了强大的支持。在设计过程中，工程师需要深入了解其技术参数和功能模块，根据具体应用场景进行合理的设计和布局。同时，要注意电源供应和 ESD 防护等问题，以确保系统的稳定性和可靠性。希望通过本文的介绍，能帮助各位工程师更好地掌握 ONET1130EP 的设计要点，在实际项目中取得更好的成果。

你在使用 ONET1130EP 过程中遇到过哪些问题？或者你对它的某个功能有更深入的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。