【应用】基于双MCU的低成本400G PAM4光模块应用方案

时间： 2023-11-17 来源：世强

技术问答

在PAM4光模块中，传统方案选用单颗高性能32位MCU来设计满足各种苛刻资源的需求，难免使MCU的选择范围缩小、设计难度增加以及成本抬高。为解决上述问题，本方案采用2个通用MCU，32位的MCU作为DSP的协处理器，8bit的MCU满足多路DAC来控制LD Driver，不但降低了设计难度同时降低了成本。采用多路电源输出解决方案比采用多颗单路电源芯片占用面积更小，且整体成本更低。

本方案的系统框图：

400G PAM4光模块，通过DSP进行数据编解码，再由LD和PD进行激光收发，完成数据通讯。

在激光收发部分，需要4路100G激光器发送数据，导致LD Driver需要多路ADC和多路DAC来控制，DAC的数量至少需要4路，一般的MCU难以满足要求。SILICON LABS的8位单片机 EFM8LB12F32ES0-QFN32，集成4路12bit的DAC和最多20个外部引脚输入的 14bit的ADC，满足激光器的控制需求。采用QFN32（4mm*4mm）小封装，节约光模块PCB面积。EFM8LB12F32在低速光模块已有大量运用，从MCU的稳定性、设计效率、成本、货源都有较大优势。

在DSP信号处理部分，DSP运行需要一颗外置32位的MCU进行API函数库协处理，要求MCU的Flash大于128KB。Silicon Labs的EFM32JG1B100F256GM32，采用ARM最新的Cortex-M3内核，256KB的Flash空间，满足DSP协处理需求，采用QFN32(5mm*5mm)小封装，节约光模块PCB面积。EFM32JG1B100F256GM32和EFM8LB12F32同属于Silicon Labs公司推出的MCU，方便开发资料获取，提高设计效率。该MCU在光模块中已有应用，稳定性好，减小设计风险。两颗MCU的整体成本低于集成多路DAC的单颗32位MCU，可以降低成本，且方便采购。

为了保证DSP稳定高速的运算，对晶振的抖动性能和精度都有特殊要求，普通的晶振满足不了要求。Epson的有源晶振 X1G005221000800，156.25MHz，全温度范围温漂±50 ppm，相位抖动45fs（Offset Frequency: 12kHz to 20MHz），可以为DSP提供稳定的参考时钟。该晶振已在光模块中验证使用，节约研发验证时间。

DSP为了降低功耗，采用多个电压供电，且电压在0.6V到2V之间，每路电源的电流高达3A到5A。如果采用单路的电源芯片，占用PCB面积大，且成本高。使用瑞萨的多路电源输出解决方案芯片ISL91212AIIZ-T，最多可实现1路10A电源输出和2路5A电源输出，每路电源输出电压可在0.3V到2V之间调节，满足目前各厂家的PAM4 DSP供电需求。该电源方案的整体占用PCB面积只有7mmx10mm，比采用多颗单路电源芯片占用面积小，且整体成本更低。

在电源输入部分，为了满足热插拔时供电的稳定性，需要使用Load Switch芯片来降低Rush电流。进口的Load Switch芯片相对来说成本较高，而圣邦微的SGM2564和SGM2567是国产低成本Load Switch解决方案，支持4A的持续通断电流，且带有快速输出放电功能和防倒灌功能，能更好的完成热插拔保护，封装兼容国外品牌产品，易于替代。

基于双MCU的低成本400GPAM4光模块应用方案

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全部评论（1）

用户_7148 Lv6 2020-04-23

牛逼了，还有视频教学，简直方便。希望世强后续再上线直播答疑，给硬件研发领域带来更多创新

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