STM1E-SFPxx 155Mbps铜质收发器：特性、设计与应用详解

在电子工程领域，高速数据传输设备的性能和稳定性至关重要。今天，我们将深入探讨 STM1E-SFPxx 155Mbps 铜质收发器，从其特性、设计考虑到实际应用，为大家呈现这款产品的全貌。

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产品概述

STM1E-SFPxx 是一款小型可插拔（SFP）模块，符合 SFP 收发器的多源协议（MSA）。它采用了 Teridian Semiconductor Corporation（TSC）最新一代的 155 Mbit/s 电气接口（STM-1e, ES1）线路接口单元（LIU），并包含了与 75Ω 电信同轴电缆接口所需的所有组件。

特性与优势

特性

1. 兼容性：与 SFP 收发器的 MSA 兼容，75Ω 媒体接口符合 ITU-T G.703 和 Telcordia GR-253 标准，适用于 CMI 编码的 155Mbps 电气接口。
2. 信号检测：具备 ITU-T G.783 兼容的信号丢失检测功能。
3. 控制功能：支持发射功率关闭和三态控制。
4. 电缆损耗处理：能够处理超过 12.7dB 的电缆损耗。
5. 温度范围：可在 -20°C 至 85°C 的扩展温度范围内工作。
6. 接口类型：75Ω DIN 1.0/2.3 母同轴媒体接口支持 A 型和 D 型耦合。
7. 低功耗：典型功耗仅为 0.6W。
8. 环保标准：符合 RoHS 6/6（无铅）标准。

优势

1. 兼容性强：与现有的 OC3/STM1o 线卡兼容，采用可插拔的 SFP 外形，为最终用户提供了单端口的灵活性。
2. 成本降低：降低了系统开发者提供 STM-1 电气接口的成本。
3. 可靠性高：消除了中心局互连中激光磨损的风险。

设计与接口

数据和控制接口

STM1E-SFPxx 的数据输入/输出（I/O）接受并提供 155.52Mbit/s 的差分信号。发射和接收迹线的交流耦合在内部处理，因此主机板上无需额外的耦合电路。接收数据输出（RD+/-）以 NRZ 编码形式向主机提供恢复的 STM1/STS3 数据。在接收信号丢失（LOS）的情况下，接收输出将被抑制。主机卡上的 RD+/- 迹线应长度相等，并在用户串行解串器（SerDes）处用 100Ω 进行差分端接。发射数据输入（TD+/-）接受 CML 或 LVPECL 电平的 STM1/STS3 NRZ 数据。发射时序在 78P2351R LIU 内部恢复，并用于 CMI 线路编码和发射脉冲驱动。主机卡上的 TD+/- 迹线也应长度相等。

串行 ID 接口

该收发器支持 ATMEL AT24C01 的 2 线串行 EEPROM 协议，通过串行接口可访问识别信息。内存以字节宽的数据字组织，可在设备地址 1010000X（A0h）处单独或顺序寻址。

特殊设计考虑

1. 间距要求：使用 SFP 设备的主机外壳应在 SFP 收发器之间提供适当的间隙，以适应 1.0/2.3 迷你同轴前端的较大宽度。大多数系统中，标称中心线间距为 16.25mm（0.640”）即可，但首选的同轴电缆类型和布线间隙可能需要额外的间距。
2. 插拔机制：SFP 收发器插入槽应避免附近的模制件和盖板，以免阻碍对 STM1E-SFPxx 独特的锁定机制的操作。由于同轴网络接口，采用了简单的按钮执行器，而不是 bail 式解锁方式。从主机卡上解锁收发器时，无需拆卸同轴电缆。

与主机连接器的配合

SFP 采用印刷电路板（PCB）与配备 SFP 电气连接器的主机卡配合。焊盘设计为按以下顺序配合：首先是接地触点，其次是电源触点，最后是数据和控制触点。

性能参数

绝对最大额定值

• 电源电压（VccT, VccR）：-0.5 至 3.6 VDC
• 存储温度：-65 至 150°C

推荐工作条件

• 直流电源电压（VccT, VccR）：3.15 至 3.45 VDC
• 环境工作温度：-20 至 85°C

直流特性

• 电源电流（Idd）：最大电缆长度时，典型值为 170mA，最大值为 190mA。
• 仅接收电源电流（Iddr）：发射禁用时，典型值为 100mA。

数字 I/O 特性

• Tx 禁用输入：输入电压低（Vil）最大值为 0.8V，输入电压高（Vih）最小值为 2.0V。
• TD+/- 数据输入：单端信号摆幅（Vpki）最小值为 0.3V，最大值为 1.2V。
• RD+/- 数据输出：单端信号摆幅（Vpk）在 100Ω 差分端接时，最小值为 0.5V，典型值为 0.7V，最大值为 1.0V；上升和下降时间（Tf）典型值为 0.8ns，最大值为 1.2ns。
• RxLOS 输出：输出电压低（Vol）在 Iol = 8mA 时最大值为 0.4V，上拉电阻（Rpu）典型值为 4.7kΩ。

发射器规格

• 比特率：155.52Mbits/s ± 20ppm
• 线路编码：编码标记反转（CMI）
• 相关标准：ITU-T G.703, ANSI T1.102, Telcordia GR-253-CORE
• 输出参数：峰峰值输出电压在模板稳态下为 0.9 至 1.1V，上升/下降时间最大值为 2ns，过渡时序容差在负过渡时为 -0.1 至 0.1ns，正过渡在间隔边界为 -0.5 至 0.5ns，正过渡在间隔中间为 -0.35 至 0.35ns，回波损耗在 7MHz 至 240MHz 范围内为 15dB。
• 发射抖动：在 200Hz 至 3.5MHz 范围内，相对于 CKREF 测量 60s，最大值为 0.075 UIpp。

接收器规格

• 输入信号：假设符合 ITU-T G.703，电缆的色散损耗可使信号衰减，最小电缆损耗为 0dB，最大为 -12.7dB（78MHz）。
• 平坦损耗容差：0 至 12.7dB 电缆损耗衰减时为 -2 至 4dB。
• 延迟：5 至 10 UI。
• DLL 锁定时间：1 至 10µs。
• 回波损耗：7MHz 至 240MHz 范围内为 15dB。
• 抖动容限：在不同频率范围内有不同的要求，如 10Hz 至 19.3Hz 为 38.9 UIpp，19.3Hz 至 500Hz 为 750 f-1µs 等。
• 抖动传递函数：在 120kHz 以下，最大值为 0.1dB，抖动传递函数滚降为 20dB/十倍频程。

接收器信号丢失条件

LOS 阈值为 -15dB，LOS 时序为 255 UI。

环境与法规合规性

STM1E-SFPxx 在多个方面符合相关标准，包括 ESD 阈值、ESD 抗扰度、浪涌抗扰度、辐射发射、辐射抗扰度和组件识别等。

机械设计

该收发器采用镀镍锌压铸外壳，同轴连接器采用镀镍金的黄铜主体和铍铜内触点。它符合 RoHS 指令 2002/95/EC（RoHS-6）和 UL94-V0 标准。

EEPROM 内容

STM1E-SFPxx 的 MOD-DEF 接口可根据 MSA 指南访问串行 ID 信息，数据存储在设备地址 A0h 的写保护 EEPROM 中。不同地址存储了产品的相关信息，如型号、产品修订代码、序列号和日期代码等。

产品版本与订购信息

STM1E-SFPxx 有两个版本，以匹配主机系统的接地实现。STM1E-SFP08 的框架和电源接地连接在一起，STM1E-SFP02 的框架（左）和电源（右）接地在变压器处隔离。订购时，可根据需求选择相应的版本。

总之，STM1E-SFPxx 155Mbps 铜质收发器凭借其丰富的特性、良好的性能和广泛的兼容性，为高速数据传输应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用场景和需求，充分考虑其各项参数和设计要点，以确保系统的稳定运行。大家在使用这款收发器时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。