介紹

光纖網(wǎng)絡(luò)為世界各地的新客戶(hù)帶來(lái)了快速寬帶的承諾。它越來(lái)越多地達(dá)到新的限制，但為了提供有保證的服務(wù)水平，必須有效地管理帶寬。這種有效性的一個(gè)重要因素是它如何與通過(guò)銅纜運(yùn)行的其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行接口。

對(duì)光纖的偏好不僅僅是速度。光纖比銅線更輕更小，因此運(yùn)營(yíng)商可以支持更多連接。它有效地免受電磁干擾 （EMI） 的影響，并且比電纜更安全。在寬頻帶上，光纖的衰減也比銅要小得多。

然而，光纖的一個(gè)缺點(diǎn)是空間。因?yàn)樵措娦盘?hào)必須轉(zhuǎn)換為光，然后再轉(zhuǎn)換回來(lái)，這需要一個(gè)靠近 PCB 邊緣的收發(fā)器模塊來(lái)端接每個(gè)通道的光纖的每一端。每個(gè)收發(fā)器通常需要通過(guò)串行接口（例如 I 2 C）進(jìn)行控制。使用所有這些組件，所需的多個(gè)控制通道可能難以適應(yīng)可用的 PCB 空間。

在本文中，我們將了解設(shè)計(jì)工程師如何減少分立元件的數(shù)量和電路板空間。通過(guò)使用鏈接到多個(gè)收發(fā)器的多端口擴(kuò)展器，我們可以聚合串行控制通道并幫助簡(jiǎn)化布局，同時(shí)降低物料清單 （BoM） 成本。

控制多個(gè)光收發(fā)器

收發(fā)器是高速光通信與網(wǎng)絡(luò)中電氣部件之間的接口，包括用于傳輸和接收的光組件。通過(guò)使用光發(fā)射器或光接收器以及一組透鏡，收發(fā)器將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為脈沖激光形式的光波，或從光波轉(zhuǎn)換為光波。

通道可以聚合在一起以實(shí)現(xiàn)更高的帶寬，這意味著網(wǎng)絡(luò)中需要多個(gè)收發(fā)器，并且可能在交換機(jī)或路由器中。隨著網(wǎng)絡(luò)變得更加復(fù)雜，通道（以及因此收發(fā)器）的數(shù)量增長(zhǎng)到可能無(wú)法管理的比例。

使用通常用于每個(gè)通道的專(zhuān)用控制路徑，PCB 上所需的空間和功耗可能會(huì)變得不切實(shí)際地大。為了限制這一點(diǎn)，用于管理收發(fā)器的 FPGA 或 ASIC 將簡(jiǎn)單地用完合適的引腳，如下圖 1 所示。

多端口擴(kuò)展器來(lái)救援

為了克服這些問(wèn)題，我們可以將多個(gè)中間設(shè)備（I2C 解復(fù)用器、LED 驅(qū)動(dòng)器和電平轉(zhuǎn)換器）替換為可以控制多個(gè)模塊的單個(gè)部件，例如 Diodes Incorporated 的PI7C1401四端口擴(kuò)展器（圖 2）。

每個(gè)四端口擴(kuò)展器提供最多四個(gè) I 2 C 或 SPI 接口的聚合。因此，無(wú)需將端口專(zhuān)用于每個(gè)接口，單個(gè) FPGA 或 ASIC 可以通過(guò)單個(gè) I 2 C/SPI 接口尋址和控制至少四個(gè)光學(xué)模塊（圖 3）。

最多可將 14 個(gè)PI7C1401設(shè)備與其輸入線或一起組合成一個(gè)鏈。這使主機(jī)處理器能夠通過(guò)一個(gè) I 2 C/SPI 接口控制多達(dá) 56 個(gè)收發(fā)器，從而顯著降低引腳數(shù)最小值、PCB 空間要求和 BoM 成本。

由于主處理器通常以高處理頻率運(yùn)行，它可以輕松地從單個(gè)接口處理多個(gè)低速端口。由于容量限制通常基于引腳數(shù)而不是處理性能，因此通過(guò)單個(gè)接口多路復(fù)用多個(gè)控制端口可以克服這一限制。

設(shè)備會(huì)自動(dòng)配置它們的地址，因此每個(gè)部件不需要有唯一的地址。這立即增加了容量，并且在電路板空間允許的情況下，可以在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中安裝和控制額外的光學(xué)模塊。

擴(kuò)展功能

PI7C1401提供擴(kuò)展的模塊管理功能，可以提高系統(tǒng)的整體性能。許多控制功能也可以卸載到端口擴(kuò)展器上，從而釋放主機(jī)設(shè)備以專(zhuān)注于其他活動(dòng)。這意味著可以選擇價(jià)格較低的主機(jī)處理器，從而降低成本和主機(jī)的路由層擁塞。

主機(jī)接口的速度是可選擇的，取決于所使用的協(xié)議。I 2 C 接口的運(yùn)行頻率高達(dá) 1MHz，但當(dāng)配置為 SPI 接口時(shí)，它的運(yùn)行頻率高達(dá) 33MHz。PI7C1401 還具有 GPIO 引腳，可通過(guò)寄存器控制以實(shí)現(xiàn)管理功能。

一些低速接口規(guī)范，如 SFF-8472 和 SFF-8431，定義了邏輯設(shè)備地址。對(duì)于直接訪問(wèn)，PI7C1401 可以使用地址映射方案使上游主機(jī)能夠發(fā)出下游讀或?qū)懖僮鳌６丝跀U(kuò)展器還可以從下游模塊執(zhí)行預(yù)取讀操作。

該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 PI7C1401 的片上 32 字節(jié) FIFO 中。數(shù)據(jù)的大小和地址是可配置的，預(yù)取操作可以通過(guò)中斷來(lái)調(diào)度或觸發(fā)。直接訪問(wèn)比預(yù)取操作具有更高的優(yōu)先級(jí)。

結(jié)論

隨著光纖在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中取代銅線，光接口的使用越來(lái)越多。管理這種擴(kuò)展需要專(zhuān)用的控制通道，這會(huì)迅速消耗 PCB 空間。

設(shè)計(jì)人員無(wú)需通過(guò)添加更多控制通道來(lái)消耗資源，而是可以通過(guò)使用端口擴(kuò)展器來(lái)處理這些多個(gè)通道來(lái)卸載許多端口管理任務(wù)。主機(jī)設(shè)備通過(guò)提高抽象級(jí)別更好地管理路由層任務(wù)，提高整體系統(tǒng)效率，同時(shí)通道聚合降低板空間要求和整體系統(tǒng)成本。