摘 "要：單片機(jī)技術(shù)在光模塊系統(tǒng)中具有重要作用。該文概述光模塊的發(fā)展，總結(jié)光模塊的基本分類和工作原理，結(jié)合激光器的收發(fā)機(jī)制分析單片機(jī)在其每個(gè)應(yīng)用路徑中的作用和意義。針對單片機(jī)的IIC、GPIO、ADC和DAC等功能分析其在光模塊中的具體實(shí)現(xiàn)方式及應(yīng)用指標(biāo)，總結(jié)不同架構(gòu)單片機(jī)的應(yīng)用表現(xiàn)，對單片機(jī)在光模塊領(lǐng)域的未來發(fā)展方向進(jìn)行探討，對單片機(jī)在光模塊領(lǐng)域中的發(fā)展起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：光模塊；單片機(jī)；激光器；IIC；GPIO；ADC；DAC

中圖分類號：TP368.1 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2024）20-0163-06

Abstract： Single-chip microcontroller technology plays an important role in optical module system. This paper summarizes the development of optical module， summarizes the basic classification and working principle of optical module， and analyzes the function and significance of single-chip microcontroller in each application path combined with the transceiver mechanism of laser. This paper analyzes the concrete realization mode and application index of single-chip microcontroller in optical module according to the IIC，GPIO，ADC，DAC and other functions of single-chip microcontroller， summarizes the application performance of single-chip microcontroller with different architecture， and discusses the future development direction of single-chip microcontroller in the field of optical module.

Keywords： optical module; single-chip microcontroller; laser; IIC; GPIO; ADC; DAC

21世紀(jì)以來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，光通信技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的載體得到了空前發(fā)展，其中光模塊作為網(wǎng)絡(luò)通信的底層光電轉(zhuǎn)化設(shè)備發(fā)展形成了規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)。近些年隨著人工智能的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、超級計(jì)算技術(shù)對于光通信的應(yīng)用需求驟增，對于光模塊性能提出了更高要求，使其獲得了新的發(fā)展方向。

單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[1]。單片機(jī)是光模塊中的核心控制單元，實(shí)現(xiàn)了光驅(qū)動(dòng)芯片控制、模擬信號采集、數(shù)字信號輸出。由于行業(yè)潛力較大，許多生產(chǎn)商針對光模塊應(yīng)用開發(fā)了專用單片機(jī)，如ADI的702X系列、DS483X系列。分析單片機(jī)技術(shù)在光模塊中的應(yīng)用對于未來行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本文概述了光模塊的概況并基于其工作原理分析了單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。

1 "光模塊原理概述

光纖通信利用激光作為載體來傳遞信息。光模塊的作用是完成光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換，其主要工作原理如圖1所示，通過光發(fā)射模塊將激光傳遞到光接收模塊，實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

圖1 "光模塊工作原理

1.1 "光模塊分類

光模塊按照封裝形式來分有SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28及QSFP-DD[2]。其速率見表1。

按照應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)不同，光模塊又可以分為PON（Passive Optical Network）模塊、數(shù)據(jù)通信（Datacom）模塊、電信通信（Telecom）模塊和無線傳輸模塊。其中PON模塊又可以分為OLT（Optical Line Terminal）光模塊與ONU（Optical Network Unit）光模塊。OLT作為中心設(shè)備，負(fù)責(zé)光纖網(wǎng)絡(luò)的控制和管理，而ONU則連接到用戶終端，提供光纖接入服務(wù)[3]。

1.2 "光發(fā)射原理

光模塊中最常用的光源是半導(dǎo)體激光器，種類包含法布里-珀羅激光器（FP-LD）、分布反饋激光器（DFB-LD）、垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）。半導(dǎo)體激光器具有P－I特性，如圖2所示，隨著注入電流的增加，激光二極管逐漸增加自發(fā)發(fā)射，直至開始發(fā)射受激發(fā)射，此時(shí)的電流即為閾值電流（Ith）[4]。

根據(jù)發(fā)射光源的調(diào)制方式不同，激光器又可以分為直調(diào)激光器（Directly Modulated Laser，DML）和外調(diào)激光器（External Modulated Laser，EML）。一般DML用于較低數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用和較短的距離，如數(shù)據(jù)中心，傳輸距離在10 km以下，而EML用于以較高數(shù)據(jù)速率處理較長的距離，例如電信級應(yīng)用[5]。

目前國內(nèi)外針對不同的激光器均有非常成熟的光驅(qū)動(dòng)芯片，可以實(shí)現(xiàn)光功率自動(dòng)控制，光脈沖信號指標(biāo)調(diào)試，單片機(jī)只需要通過數(shù)字通信將發(fā)光相關(guān)參數(shù)配置到芯片中，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)射控制。光脈沖的質(zhì)量可以通過光眼圖來衡量，形狀特性由眼圖模板給出，眼圖模板在光通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)中都已做了具體的規(guī)定。

作為半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體激光器的溫度特性與半導(dǎo)體二極管類似，如圖3所示，溫度升高，ILD增大，斜效率降低，為了保持輸出平均光功率和消光比不變，在溫度上升時(shí)要增大偏置電流（IBIAS）和調(diào)制電流（IMOD）[6]。

所以在不同溫度下需要給驅(qū)動(dòng)芯片補(bǔ)償不同的發(fā)射參數(shù)，這是單片機(jī)在光模塊中的主要功能之一。

另外，半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長隨結(jié)區(qū)溫度而變化。當(dāng)結(jié)溫升高時(shí)，半導(dǎo)體材料的禁區(qū)帶寬變窄，因而使激光器發(fā)射光譜的峰值波長移向長波長，溫度變化是波長漂移的主要因素[7]。所以溫度控制也是單片機(jī)的重要功能，DFB-LD組件可以實(shí)現(xiàn)控制精度達(dá)到0.01 C，波長穩(wěn)定性達(dá)到200 MHz/24 h，其工作原理如圖4所示，適用于密集波分復(fù)用（DWDM），原理如下。

目前光模塊主要通過成熟的TEC（Temperature Controller）芯片進(jìn)行溫控，其通過熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制。單片機(jī)通過DAC模塊輸出控制電壓給TEC芯片，并且通過熱敏電阻反饋當(dāng)前的發(fā)射器件溫度進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。

1.3 "光接收部分

光接收機(jī)的作用是把經(jīng)過傳輸后的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大、整形恢復(fù)光載波所攜帶的原信號，光接收機(jī)的原理框圖如圖5所示。

在半導(dǎo)體材料上，當(dāng)入射光子能量h超過帶隙能量時(shí)，每當(dāng)一個(gè)光子被半導(dǎo)體吸收就產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對。在外加電壓建立的電場作用下，電子和空穴就在半導(dǎo)體中躍遷并形成電流流動(dòng)，稱為光電流，其電流大小Ip與入射光功率Pin成比例

Ip=RPin ，

式中：R為光電檢測器的響應(yīng)度，A/W。

光接收器件包含PIN光電二極管、雪崩光電二極管（Avalanche Photo Diode，APD）。APD是利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度光電檢測器，可以使接收靈敏度提高6～10 dB。APD檢測器與PIN檢測器相比，具有載流子倍增效應(yīng)，其探測靈敏度特別高，但需要較高的反向偏置電壓（30～60 V）和溫度補(bǔ)償電路[8]。

經(jīng)光電探測器產(chǎn)生的微弱信號電流，由前置放大器轉(zhuǎn)換成有足夠幅度的信號電壓輸出，為適應(yīng)高速率應(yīng)用，前置放大器由跨阻放大器（Trans-impedance Amplifier，TIA）構(gòu)成。如圖6所示，跨阻放大器是一個(gè)I-V變換器，是由一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路構(gòu)成。TIA中還有AGC（Automatic Gain Control）功能電路，以保證足夠的信號動(dòng)態(tài)范圍。

TIA輸出的是模擬信號，要通過限幅放大器把TIA輸出的幅度不同的信號處理成等幅的數(shù)字信號，這就是完整的光接收電路。目前成熟的光接收芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的光接收功能，單片機(jī)輸出一個(gè)電壓控制其APD，并通過ADC采集接收到的RSSI電壓，二者配合可以實(shí)現(xiàn)各種速率下的突發(fā)和連續(xù)接收控制[9]。

2 "單片機(jī)的應(yīng)用分析

單片機(jī)在模塊中起到了至關(guān)重要的作用，它控制光驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)激光器的發(fā)射接收，并根據(jù)光模塊協(xié)議要求，上報(bào)監(jiān)控量，控制發(fā)光狀態(tài)等功能。

不同速率光模塊需要符合不同的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，針對低速光模塊，SFF（Small Form Factor）標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)發(fā)布了完備的標(biāo)準(zhǔn)，定義了光模塊的物理特征和電氣特性，例如SFF8431協(xié)議定義了SFP+模塊和主機(jī)的電氣和管理接口規(guī)范，模塊可用于實(shí)現(xiàn)850、1 310或1 550 nm的單模或多模串行光學(xué)接口[2]。同時(shí)，SFF標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)也針對軟件接口規(guī)范了IIC通信模式，詳細(xì)定義了存儲(chǔ)器映射，例如SFF8472協(xié)議定義了帶有數(shù)字診斷監(jiān)控接口（Digital Diagnostic Monitoring Interface，DDMI）的增強(qiáng)型內(nèi)存表，讓主機(jī)能夠?qū)崟r(shí)獲得設(shè)備的測量參數(shù)，可以兼容所有SFP或者GBIC收發(fā)器[10]。單片機(jī)根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)現(xiàn)光模塊的DDMI，以在網(wǎng)絡(luò)通信中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化。

由于光模塊的大小結(jié)構(gòu)限制，其單片機(jī)必須采用內(nèi)部時(shí)鐘，不能使用外部晶振，且在光模塊領(lǐng)域使用的單片機(jī)，要求其封裝盡量小，24引腳尺寸3 mm×3 mm，64引腳尺寸4 mm×4 mm。光模塊的工作溫度，商業(yè)級在0 ℃至70 ℃之間，工業(yè)級在-40 ℃至85 ℃之間，通常要求單片機(jī)控制的工作溫度在-40 ℃至120 ℃。

2.1 "IIC通信模塊

根據(jù)SFF標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的規(guī)定，IIC通信是光模塊與主機(jī)實(shí)現(xiàn)DDMI的唯一方式，主機(jī)可以通過IIC通信實(shí)現(xiàn)模塊溫度、電壓、偏置電流和發(fā)射接收光功率的讀取，并且也可以通過IIC通信實(shí)現(xiàn)開關(guān)光控制、速率選擇、發(fā)射接收的信號完整性控制等。光模塊是IIC通信的從機(jī)，響應(yīng)主機(jī)發(fā)送的通信信號[3]。

SFF8472協(xié)議要求PON光模塊的IIC速率最高必須支持400 kHz，而數(shù)通光模塊應(yīng)用速率較高，根據(jù)CMIS協(xié)議的要求，其IIC必須最高支持1 M的速率[11]。IIC通信協(xié)議規(guī)定在從機(jī)未處理完當(dāng)前事件時(shí)SCL信號可以拉低總線，即時(shí)鐘延展（clock stretch）。對于不支持stretch的主機(jī)，延展時(shí)間不能超過一個(gè)比特位的高電平周期，否則就會(huì)發(fā)生時(shí)鐘丟失。這對單片機(jī)的主頻和固件的IIC中斷處理提出較高要求。在主頻較低的系統(tǒng)架構(gòu)中需要達(dá)到IIC從機(jī)的最高速率，就必須采用特殊處理方式，表2總結(jié)了不同架構(gòu)下單片機(jī)支持的最高通信速率。其中MAXQ由于其IIC緩存采用了專用通道，不需要中斷參與，在主頻較低的情況下也可以支持到400 kHz的通信速率。

另外IIC通信協(xié)議中針對不同速率的時(shí)序也做了嚴(yán)格要求，比如信號的建立時(shí)間、保持時(shí)間、過沖幅度等，這些時(shí)序的實(shí)現(xiàn)完全依靠單片的IIC模塊硬件特性及引腳的電氣特性，例如下沖幅度與單片機(jī)引腳的吸電流能力息息相關(guān)。同時(shí)光模塊協(xié)議也對其IIC通信時(shí)序做出了特殊規(guī)定，比如CMIS協(xié)議詳細(xì)規(guī)定了通信時(shí)序的tRD、tNAC、tWR和tBUF時(shí)間[11]，這些功能與單片機(jī)的固件處理方式有關(guān)。

2.2 "GPIO模塊

GPIO（General-purpose input/output）是通用型之輸入輸出的簡稱，它是單片機(jī)基礎(chǔ)的功能模塊。在光模塊領(lǐng)域，此功能除了用于光芯片的功能控制、供電時(shí)序控制，還廣泛用于芯片通信，使用GPIO模擬各種通信方式，例如IIC、SPI、MDIO和UART等。

單片機(jī)本身具有硬件的IIC、SPI等模塊，但是由于光模塊系統(tǒng)中存在多種即時(shí)中斷處理，例如IIC中斷，突發(fā)接收Trigger中斷等，當(dāng)主循環(huán)硬件發(fā)送機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)被中斷打斷，其狀態(tài)不可控，可能出現(xiàn)異常導(dǎo)致發(fā)送出錯(cuò)，所以通常使用GPIO模擬通信。另外，模擬通信對時(shí)序的控制較為靈活，可以通過延時(shí)控制速率和信號時(shí)序。

光驅(qū)動(dòng)芯片通常為IIC通信，此時(shí)單片機(jī)作為主機(jī)，主動(dòng)發(fā)送控制信息，而驅(qū)動(dòng)芯片作為從機(jī)，由于IIC的線與特性，一路信號可以連接多路芯片，每個(gè)芯片的應(yīng)答地址不同。這種情況要求GPIO支持OD（Open-drain）輸出，信號依靠外部上拉電阻實(shí)現(xiàn)高電平。如果沒有OD模式則需要引腳在接收時(shí)由輸出模式改為輸入。

MDIO是一種簡單的雙線串行接口，在數(shù)通光模塊或高速光模塊中，通常需要通過MDIO與DSP（digital signal processor）芯片通信。DSP主要實(shí)現(xiàn)光模塊的數(shù)字時(shí)鐘和數(shù)據(jù)修復(fù)處理。MDIO可以支持2.5 MHz以上的通信速率。采用GPIO模擬4 MHz的MDIO通信要求單片機(jī)主頻在80 MHz以上。

模擬SPI通信通常用于外掛EEPROM芯片通信，多數(shù)DSP需要通過其存儲(chǔ)微碼。單片機(jī)記錄上電時(shí)間、上電次數(shù)等也需要此類存儲(chǔ)芯片。

模擬UART通信主要用作模塊級別的輔助調(diào)試。在模塊預(yù)研階段，通過復(fù)用金手指中特殊引腳輸出模塊狀態(tài)，例如SFP模塊可以復(fù)用LOS或者FAULT引腳，QSFP模塊可復(fù)用INTL引腳等。

2.3 "ADC模塊

ADC即模數(shù)轉(zhuǎn)化器，將模擬電壓量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。單片機(jī)中常用逐次逼近型ADC，也有采用Sigma-Delta型ADC。在光模塊中，主要通過ADC來進(jìn)行熱敏電阻壓降采集、自身供電電壓采集、發(fā)射背光監(jiān)控、接收光功率和TEC控制電流監(jiān)控等。多數(shù)單片機(jī)集成了溫度和電壓采集模塊，光模塊協(xié)議一般對于溫度監(jiān)控精度要求在±3 ℃，這也要求單片機(jī)集成的溫度傳感器靈敏度、線性度、一致性符合要求。

一般光驅(qū)動(dòng)芯片中集成的ADC模塊可以采集IBIAS、背光監(jiān)控MPD、接收光功率RSSI，經(jīng)過校準(zhǔn)則可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議要求的BIAS電流、TX光功率、RX光功率上報(bào)。單片機(jī)可以通過數(shù)字通信直接獲取這些參數(shù)。

OLT光模塊的接收為突發(fā)模式，通過TRIGGER信號來觸發(fā)，這需要專用的突發(fā)采樣保持芯片，且其接收光轉(zhuǎn)發(fā)為電壓的范圍較細(xì)，需要進(jìn)行大小光切換，這對單片機(jī)的ADC模塊精度要求較為嚴(yán)格，一般要求評估有效位數(shù)10 bit以上，這樣單片機(jī)的標(biāo)稱ADC位數(shù)需要在12～14位左右。單片機(jī)ADC模塊有效位數(shù)ENOB（Effective Number of Bits）評估，一般采用如下公式簡單計(jì)算

ENOB=Bit-log2（σ），

式中：Bit為單片機(jī)實(shí)際標(biāo)稱的ADC位數(shù)；σ為在穩(wěn)壓源輸出固定電壓128次ADC采樣的標(biāo)準(zhǔn)差。

由于協(xié)議要求接收TRIGGER信號后需在500 μs內(nèi)上報(bào)接收光功率，所以對ADC的采樣時(shí)間也有嚴(yán)格要求，單次采樣轉(zhuǎn)化時(shí)間需要在60 μs以內(nèi)完成。

2.4 "DAC模塊

DAC即數(shù)模轉(zhuǎn)化器，將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量。單片機(jī)中常用VDAC和IDAC 2種，前者輸出電壓后者輸出電流。在光模塊中，常使用VDAC給光驅(qū)動(dòng)芯片提供BIAS電壓，接收APD電壓，TEC控制電壓，使用IDAC給EML激光器提供BIAS電流。另外更為復(fù)雜的硅光激光器也需要單片機(jī)提供多個(gè)控制電壓。通常在光模塊中，對DAC評估包含線性度和帶負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力評估。對于IDAC為了輸出更高的總電流，會(huì)將輸出疊加。

另外，通常TEC電壓控制是閉環(huán)控制，需要單片機(jī)的ADC采集激光器的溫度，通過PID（Proportion Integration Differentiation）算法實(shí)時(shí)控制輸出電壓。一些專用單片機(jī)具有內(nèi)置硬件PID，比軟件計(jì)算有更高的效率。

在單片機(jī)DAC數(shù)量有限的情況下，除了使用獨(dú)立DAC芯片，還可以使用定時(shí)器產(chǎn)生PWM波，結(jié)合RC電路輸出模擬電壓，通過控制PWM占空比控制電壓幅值。

2.5 "可編程邏輯模塊

可編程邏輯模塊指單片機(jī)通過硬件邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的功能，此應(yīng)用需求特殊，許多通用單片機(jī)不具備，且不同單片機(jī)中的命名各異，例如CLA （Configurable logic array）， PLU （Porgramble Logic Units）或者CLU（Configurable Logic Units）均表示此功能。它通常通過配置好輸入通道、輸出通道、真值表，即可實(shí)現(xiàn)多種邏輯運(yùn)算輸出，由于不需要固件參與，其響應(yīng)較快，且運(yùn)行高效可靠。

在光模塊中，單片機(jī)通過這個(gè)模塊進(jìn)行控制信號傳遞，例如硬件開關(guān)光信號、RxLos信號、Fault信號等。SFF8472協(xié)議要求此類信息的響應(yīng)時(shí)間在100 ms內(nèi)，通常此類信號會(huì)通過光驅(qū)動(dòng)芯片，經(jīng)過單片機(jī)連接到金手指。相比采用外部中斷觸發(fā)，軟件處理的方式，采用硬件轉(zhuǎn)發(fā)方式可以保證響應(yīng)速度，提高控制靈活性，可以實(shí)現(xiàn)一路信號獨(dú)立控制多個(gè)光驅(qū)動(dòng)芯片。

在一些特殊類型光模塊中，例如Stick（SFP ONU With Mac）光模塊，與傳統(tǒng)ONU相比，其內(nèi)部包含一顆MAC芯片，用于對金手指上傳輸?shù)腅PON網(wǎng)絡(luò)信號和GPON網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對Box實(shí)時(shí)狀態(tài)信息輸出時(shí)，它需要輸出一個(gè)1PPS（1 Pulse Per Second）信號用于時(shí)鐘同步，此信號通常由MAC芯片發(fā)出，經(jīng)過單片機(jī)傳遞到金手指，由于其同步性要求較高必須采用可編程單元實(shí)現(xiàn)硬件轉(zhuǎn)發(fā)。

2.6 "UART模塊

UART（Universal Asynchronous Receiver / Transmitter）即串口，在Stick光模塊中通常需要通過UART與MAC芯片進(jìn)行信息交互，例如獲取PON SN，設(shè)置通信地址等，由于金手指端只有IIC通信接口，這就需要單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。另外在模塊調(diào)試時(shí)會(huì)使用模擬UART反饋模塊狀態(tài)。

2.7 "FLASH模塊

FLASH是可擦除的非易失存儲(chǔ)器，是單片機(jī)的主要存儲(chǔ)介質(zhì)。光模塊協(xié)議中指定了一頁作為用戶可讀寫區(qū)域，單片機(jī)通常使用自身的FLASH實(shí)現(xiàn)此功能。由于FLASH需按扇區(qū)進(jìn)行片擦除，不同單片機(jī)的扇區(qū)長度不同，處理時(shí)間不同，在片擦后斷電則會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，這就要求單片機(jī)做備份處理。而光模塊協(xié)議要求寫一個(gè)字節(jié)的響應(yīng)時(shí)間tWR最大為40 ms，這包含了新扇區(qū)擦除和舊扇區(qū)重新寫入，對扇區(qū)較大的單片機(jī)要求其片擦?xí)r間盡可能短。

QSFP-DD Rev6.3協(xié)議中要求在70 ℃的用戶可寫區(qū)壽命為5萬次[12]，這就要求單片機(jī)的FLASH擦寫壽命在5萬次以上。如果單片機(jī)的FLASH壽命無法直接滿足，可以通過擴(kuò)大存儲(chǔ)面積來獲取更高壽命。

CMIS協(xié)議中提出了在線升級功能，基于CDB（Command Data Block）實(shí)現(xiàn)光模塊的遠(yuǎn)端固件升級，且升級過程中光通信業(yè)務(wù)不受影響，這對單片機(jī)的運(yùn)行和存儲(chǔ)提出了新的要求。FLASH具有雙bank且切換bank不需要復(fù)位可以直接滿足此要求。單bank的單片機(jī)需要FLASH足夠大，通過自定義指令運(yùn)行地址實(shí)現(xiàn)在線固件升級。

2.8 "其他功能

除了以上功能，單片機(jī)的定時(shí)器、看門狗、軟件中斷和外部中斷等都在光模塊中發(fā)揮了重要作用。軟件中斷可以實(shí)現(xiàn)快速軟件開關(guān)光、快速鎖存位上報(bào)；定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)特殊情況下的快速溫度PID控制； PWM波與RC電路結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)DAC驅(qū)動(dòng)；可靠的看門狗可以保證單片機(jī)異常后復(fù)位恢復(fù)。

3 展望

在21世紀(jì)初，許多光驅(qū)動(dòng)芯片功能包含了協(xié)議要求的DDMI功能，所以有部分SFP、SFP+光模塊內(nèi)部不使用單片機(jī)，依靠光驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)DDMI，但是此類光模塊主要基于SFF8472協(xié)議。隨著高速協(xié)議要求的逐漸復(fù)雜，基于SFF8636、SFPDD、CMIS協(xié)議的提出，單片機(jī)成為光模塊中不可或缺的一部分。

后來隨著技術(shù)的發(fā)展，在50 Gbps以上高速光模塊中引入了DSP，它解決了光纖線偏振模色散，鏈接深度傳播間距與信號強(qiáng)度問題，同時(shí)利用DSP實(shí)現(xiàn)協(xié)議功能從而替代單片機(jī)也成為可能。但是DSP側(cè)重高速數(shù)據(jù)處理，針對協(xié)議各種監(jiān)控控制功能無法做到面面俱到，還是需要單片機(jī)在內(nèi)部進(jìn)行集成處理。

由于光模塊對于單片機(jī)的應(yīng)用非常特殊，應(yīng)用的功能單一、專業(yè)要求高、市場規(guī)模龐大，使用通用單片機(jī)有功能冗余，市場亟需光模塊專用的單片機(jī)。美信、ADI、Silicon Lab都曾針對光模塊設(shè)計(jì)發(fā)布了針對性更高的單片機(jī)。而目前的光模塊協(xié)議規(guī)范，其多數(shù)時(shí)序指標(biāo)要求是根據(jù)單片機(jī)和光驅(qū)動(dòng)芯片當(dāng)前可以實(shí)現(xiàn)的性能進(jìn)行定制的。針對性和專業(yè)化是未來單片機(jī)技術(shù)在光模塊領(lǐng)域應(yīng)用的方向。

近年來美國對華的芯片限制政策也對光模塊行業(yè)產(chǎn)生了較大影響，作為網(wǎng)絡(luò)通信的底層設(shè)備，全國產(chǎn)化方案是未來光模塊的發(fā)展方向，這也使國產(chǎn)單片機(jī)具備了發(fā)展的潛力。目前多個(gè)國內(nèi)廠商都生產(chǎn)出可以引腳對引腳（pin to pin）替代國外單片機(jī)的產(chǎn)品，如兆易、貝嶺、億芯源等，并且開發(fā)出了全國產(chǎn)化的單片機(jī)內(nèi)核架構(gòu)，如CK802，不再依賴ARM公司的Cortex系列內(nèi)核。未來光模塊中會(huì)越來越多地使用國產(chǎn)單片機(jī)。

4 "結(jié)束語

單片機(jī)技術(shù)是光模塊系統(tǒng)中不可或缺的應(yīng)用技術(shù)，綜上所述，本文簡述了光模塊種類和應(yīng)用，分析了激光收發(fā)原理，結(jié)合激光器的實(shí)現(xiàn)方式分析了單片機(jī)技術(shù)在各個(gè)功能模塊中的應(yīng)用，對未來單片機(jī)技術(shù)在光模塊行業(yè)中的發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測，為國產(chǎn)化單片機(jī)在激光驅(qū)動(dòng)方向應(yīng)用提供了參考。

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