摘要:本文是对HFRD-16.0参考设计:1Gbps至4.2
5Gbps有源SFP
铜缆组件的补充。说明了
DS28CZ04在有源铜缆SFP组件中作为串行控制
接口的使用,建议
读者查找一些相关的参考设计,以便对本文有更深的理解。
概述
电路图1给出了用于
电缆两端电路的简化原理图。左上部分框图为SFP连接器,包括所有信号和引脚配置。其引脚名称、信号功能之间的对应关系如表1所示。DS28CZ04 I²C存储芯片连接到MOD-DEF1、MOD-DEF2以及发送器的
电源/接地端。为了确保正确的SFP从地址,将地址引脚A1、A2接地。不使用写保护(WP)和主机复位(MRZ)功能,这两个引脚分别接地(WP)和电源端(MRZ)。
PIO2和PIO3控制U2 (MAX3982³驱动芯片)的输入,发送数据以交流
耦合的形式从SFP连接器传递给U2的差分输入端,差分输出直接驱动电缆。通过OUTLEV输入端(由PIO1控制)可以将差分输出幅度设置为两种电平之一。有关U2其它引脚的连接细节,请参考上述HFRD-16.0。
图中,来自SFP连接器的TX禁止信号控制MAX3982驱动器的输出,没有数据传输的情况下,这种方式可以关闭差分输出。另一种方式是:不使用外部TX禁止信号,而是当检测不到差分输入信号时禁止MAX3982输出,这种情况下可以将MAX3982的LOS输出直接连接到TX_DISABLE输入端,MAX3982的TX_DISABLE端内置上拉
电阻。第三种方式则是综合上述两种控制TX_DISABLE的方法,需要一个额外的2输入或门,其中一个输入端连接到SFP连接器的TX禁止端,另一个连接到MAX3982的LOS输出端,并通过10kΩ的上拉电阻接VCCT。或门输出驱动MAX3982的TX_DISABLE输入端。
来自电缆的输入信号以交流耦合方式馈入U3 (MAX3748A4接收器),在U3中信号被恢复到原来的幅度,恢复后的信号随后以交流耦方式传递到SFP连接器。如果来自电缆的信号丢失或幅度太小,U3将发出LOS报警信号至SFP连接器和DS28CZ04的PIO0口。MAX3748A的LOS为集电极
开路输出,需要一个4.7kΩ至10kΩ的上拉电阻接到主控制器的VCCR处,标注为MSA。U3其它引脚的连接方式,请参考HDRD-16.0说明书。
图1. DS28CZ04用于有源铜缆SFP组件的简化框图
表1. SFP连接器引脚配置 Table 1. SFP Connector Pin Assignment
Pin Number
Name
FuncTIon
1
VEET
Transmitter Ground
2
TX_FAULT
Transmitter Fault IndicaTIon, acTIve-high; low indicates normal operaTIon
3
TX_DISABLE
Transmitter Disable, active-high; low indicates normal operation
4
MOD_DEF2
Module Definition 2, SDA, I²C data line
5
MOD_DEF1
Module Definition 1, SCL, I²C clock line
6
MOD_DEF0
Module Definition 0, tied to ground on the board
7
RATE_SELECT
Optional Input: select between full or reduced receiver bandwidth; low/open indicates reduced bandwidth, high indicates full bandwidth
8
LOS
Loss of Signal (from receiver chip), active-high; low indicates normal operation
9
VEER
Receiver Ground
10
VEER
Receiver Ground
11
VEER
Receiver Ground
12
RD-
Inverted Received Data Out (from receiver chip)
13
RD+
Received Data Out (from receiver chip)
14
VEER
Receiver Ground
15
VCCR
Receiver Power, 3.3V ±5% DC
16
VCCT
Transmitter Power, 3.3V ±5% DC
17
VEET
Transmitter Ground
18
TD+
Transmit Data In (to transmitter chip)
19
TD-
Inverted Transmit Data In (to transmitter chip)
20
VEET
Transmitter Ground
DS28CZ04用作SFP的串行控制接口如图2框图所示,DS28CZ04由2线串行接口、4kb EEPROM以及4个双向PIO组成,该器件通过工作在标准模式或快速模式的I²C接口与主处理器连接。DS28CZ04通过一个内存地址和两个从地址(通常为A0h、A2h)寻址512个
存储器地址。
图2. DS28CZ04结构框图
DS28CZ04包含512字节存储器,以256字节为单位分为两段(低段、高段) (表2A和2B)。内存映象和器件编址遵从SFF-8472数字诊断地址分配要求,可将WP端接至VCC从而对整个EEPROM进行写保护。PIO引脚可一次寻址(单地址模式)也可独立寻址(多地址模式)。直接寻址PIO可快速产生数据、进行数据采样。
DS28CZ04包括几个EEPROM
寄存器,便于客户选择器件以SFF方式上电或定义下列上电缺省条件:
- 每个PIO的输出状态(高、低电平,输入/输出模式),
- 每个PIO的数据方向(输入、输出),
- 每个PIO的输出类型(推挽、开漏)
- 每个PIO的读取位反相(真、假),一旦上电,可以通过SRAM寄存器重新写入PIO设置,而不会影响上电缺省值。
图3给出了PIO的简化原理图,
触发器可以通过PIO的R/W寻址寄存器、内存地址7Ah和7Bh (器件地址为A0h)寻址。上电或复位时按照存储在76h和77h (器件地址为A0h)中的数据初始化触发器。当PIO设定为输入时,PIO输出为三态(高阻)。当PIO设定为输出时,PIO的输入端为相应的读取位反相异或的结果。
表2A. 内存映象(器件地址 = A0h)
Address
Type
Access
Description
00h to 74h
EEPROM
R/W
User memory
75h
EEPROM
R/W
Special function/user memory; controls whether device powers-up into SFF Mode
76h
EEPROM
R/W
Power-on default for PIO output state and direction for all PIOs
77h
EEPROM
R/W
Power-on default for PIO output type and read-inversion for all PIOs
78h to 79h
---
R
Reserved (reads FFh)
7Ah
SRAM
R/W
Actual direction setting for all PIOs and device control/status register
7Bh
SRAM
R/W
Actual PIO read-inversion and PIO output type for all PIOs
7Ch to 7Fh
SRAM
R/W
PIO read/write access registers
80h to FFh
EEPROM
R/W
User memory
表2B. 内存映象(器件地址 = A2h)
ADDRESS
TYPE
ACCESS
DESCRIPTION
00h to 6Dh
EEPROM
R/W
User memory
6Eh
EEPROM
R/W
SFF mode off: user memory
---
R
SFF mode on: SFF optional status Register
6Fh to EFh
EEPROM
R/W
User memory
F0h to FFh
---
R
Reserved (reads FFh)
图3. PIO简化框图
DS28CZ04设置DS28CZ04在单芯片上集成了多种控制功能和SFP所需的多种特性。DS28CZ04的优势在于其可编程性,适合不同长度电缆的应用,而需要更换板上元件(比如插件或0Ω电阻)。除电缆外,对于整个铜缆系列无需更换电路板的材料清单。为了获得适当的电路功能,应该对DS28CZ04的内存进行合理编程。请参考SFP MSA协议规定的数据规格或参考光收发器诊断
监控端口SFF-8472规格书中关于数字诊断接口的定义部分。5
必须特别注意四个PIO口的上电缺省值,本应用中,PIO0为输入端,PIO1和PIO3为输出端。所有的输出端都定义为漏极开路输出,因为MAX3982的输入端PE0、PE1和OUTLEV均内置上拉电阻。除非有特殊情况,一般情况下,PIO1、PIO2和PIO3上电后为高电平状态,为15米到20米电缆提供了最强的预加重输出信号。PIO输入数据无需取反读取,SFF模式也是输入选择之一。如果选择SFF模式,MAX3748A的LOS信号可以通过DS28CZ04内存地址6E (从地址A2h)读入,作为实时诊断。SFF模式并不禁止PIO1和PIO1的输出功能。
上电状态定义将数据转换成数据上电缺省寄存器规定的状态,表3、表4用彩色代码指示我们的选择。
Value resulting from configuration/application requirements
Arbitrary assignment, "don't care" condition
表3. PIO输出状态(低半位)和方向(高半位)的上电缺省值
ADDR
b7
b6
b5
b4
b3
b3
b1
b0
Hex
76h
0
0
0
1
1
1
1
1
1F
表4. PIO读取位取反(低半位)和输出类型(高半位)的上电缺省值
ADDR
b7
b6
b5
b4
b3
b3
b1
b0
Hex
76h
1
1
1
1
0
0
0
0
F0
DS28CZ04评估(EV)板需借助PC机进行演示,关于
评估板的详细信息,请参考DS28CZ04EVKIT或与厂商联系。
结论对于有源铜缆SFP组件来说,DS28CZ04是性价比较高且应用灵活的串口控制芯片。它不仅符合SFP/MSA规范,也符合光收发器SFF-8472诊断监控接口的要求。
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