一种应用于400GOSFP光模块双向传输多电平逻辑电路的制作方法

本实用新型涉及信号复用多电平逻辑传输领域，尤其涉及一种应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路。

背景技术：

随着互联网、大数据、云计算的技术发展，对光模块通道数和速率提出了更高的要求，但标准封装的光模块因尺寸及金手指宽度所限，控制信号线不能全部单独引至金手指，所以对高速多通道光模块如400G OSFP而言，金手指信号线资源不足问题亟待解决。虽然400G OSFP光模块协议给出了多电平支持，但具体电路设计形式多样化。用分立元件(晶体管、电阻、电容)设计电路，实现较为复杂，可靠性较低，成本优势也不明显。本设计采用比较器、三态门、反相器和电阻网络实现方式，设计简单，可靠性高，成本较低，较好地解决了OSFP双向信号复用传输问题。另外在不同供电电压条件下，各个电阻网络的选取本专利也给出了实现方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路，完全满足OSFP协议，可靠实现了信号双向传输，较好地解决了双向多电平信号复用难题，具有较高的应用价值。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路，包括HOST模块和Module模块，所述HOST模块与所述Module模块相连，所述HOST模块包括第一比较器芯片、输入端为H_RSTn的第一三态门芯片、输入端为H_LPWn的反相器和输入端为H_LPWn的第二三态门芯片，所述第一比较器芯片包括输出端为H_INTn的第一输出端和输出端为H_PRSn的第二输出端，所述Module模块包括第二比较器芯片和输入端为M_INT的第三三态门芯片，所述第二比较器芯片包括输出端为M_LPWn的第三输出端和输出端为M_RSTn的第四输出端，所述第一三态门芯片的使能端与所述第一三态门芯片的输入端相连，所述第一三态门芯片的的输出端与所述第三三态门芯片的输出端相连，所述第三三态门芯片的使能端与所述第三三态门芯片的输入端相连，所述第一三态门芯片的输出端与所述第一比较器芯片的第一输入端电连接，所述第一比较器芯片的第二输入端、第三输入端均与所述第一比较器芯片的参考电压端电连接，所述第一比较器芯片的第四输入端分别与所述第二三态门芯片的输出端和所述第二比较器芯片的第五输入端相连，所述反相器的输出端与所述第二三态门芯片的使能端相连，所述第二比较器芯片的第六输入端、第七输入端均与所述第二比较器芯片的参考电压端电连接，所述第二比较器芯片的第八输入端与所述第三三态门芯片的输出端电连接。

作为优选，所述第一比较器芯片包括输出端为H_INTn的第一比较器和输出端为H_PRSn的第二比较器，所述第二比较器芯片包括输出端为M_LPWn的第三比较器和输出端为M_RSTn的第四比较器，所述第一三态门芯片的输出端与所述第一比较器的反向输入端电连接，所述第一比较器的同向输入端和所述第二比较器的反向输入端均与所述第一比较器芯片的参考电压端电连接，所述第二比较器的同向输入端分别与所述第二三态门芯片的输出端和第三比较器的同向输入端相连，所述第三比较器和第四比较器的反向输入端均与所述第二比较器芯片的参考电压端电连接，所述第四比较器的同相输入端与所述第三三态门芯片的输出端电连接。

作为优选，所述第二比较器芯片的参考电压端通过阻值相等的第一电阻和第二电阻接地，所述第三比较器和第四比较器的反向输入端均通过所述第一电阻与所述第二比较器芯片的参考电压端电连接。

作为优选，所述第三比较器的同向输入端通过第三电阻接地，所述第三比较器的同向输入端通过第四电阻与电源电连接。

作为优选，所述第四比较器的同向输入端通过第五电阻与电源电连接。

作为优选，所述第二比较器的同向输入端通过第六电阻与所述第二三态门芯片的输出端电连接。

作为优选，所述第一三态门芯片、第一比较器芯片、第二三态门芯片、反相器、第二比较器芯片和第三三态门芯片的电源端均与电源电连接，所述第一三态门芯片、第一比较器芯片、第二三态门芯片、反相器、第二比较器芯片和第三三态门芯片的电源端分别通过电容值相等的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和第六电容接地。

作为优选，所述第一三态门芯片的输出端通过第七电阻接地。

作为优选，所述第一三态门芯片的的输出端通过第八电阻与所述第三三态门芯片的输出端相连。

本实用新型还提供一种400G OSFP光模块，包括400G OSFP光模块壳体，还包括上述的应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路，所述应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路位于所述400G OSFP光模块壳体内。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型电路逻辑完全满足OSFP协议，可靠实现了信号双向传输，较好地解决了双向多电平信号复用难题，具有较高的应用价值。

2、本设计采用比较器、三态门、反相器和电阻网络实现多电平支持的方式，设计简单，可靠性高，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1，本实用新型实施例一提供一种应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路，包括HOST模块和Module模块，所述HOST模块与所述Module模块相连，所述HOST模块包括第一比较器芯片U6、输入端为H_RSTn的第一三态门芯片U5、输入端为H_LPWn的反相器U1和输入端为H_LPWn的第二三态门芯片U7，所述第一比较器芯片U6包括输出端OUTB为H_INTn的第一比较器和输出端OUTA为H_PRSn的第二比较器，所述Module模块包括第二比较器芯片U3和输入端为M_INT的第三三态门芯片U8，所述第二比较器芯片U3包括输出端OUTB为M_LPWn的第三比较器和输出端OUTA为M_RSTn的第四比较器，所述第一三态门芯片U5的使能端与所述第一三态门芯片U5的输入端相连，所述第一三态门芯片U5的的输出端与所述第三三态门芯片U8的输出端相连，所述第三三态门芯片U8的使能端与所述第三三态门芯片U8的输入端相连，所述第一三态门芯片U5的输出端与所述第一比较器的反向输入端INB-(U6中的)电连接，所述第一比较器的同向输入端INB+(U6中的)和所述第二比较器的反向输入端INA-(U6中的)均与所述第一比较器芯片U6的参考电压端电连接，所述第二比较器的同向输入端INA+(U6中的)分别与所述第二三态门芯片U7的输出端和第三比较器的同向输入端INB+(U3中的)相连，所述反相器U1的输出端与所述第二三态门芯片U7的使能端相连，所述第三比较器的反向输入端INB-(U3中的)和第四比较器的反向输入端INA-(U3中的)均与所述第二比较器芯片U3的参考电压端电连接，所述第四比较器的同相输入端INA+(U3中的)与所述第三三态门芯片U8的输出端电连接。为了克服分立元件方案存在的复杂性、可靠性及成本问题，本实用新型的第一比较器芯片U6、第二比较器芯片U3均采用Maxim公司的比较器MAX9053AEUB+，第一三态门芯片U5、第二三态门芯片U7和第三三态门芯片U8均采用TI公司的三态门芯片SN74AHC1G125，反相器采用TI公司的芯片SN74AHC1G04，巧妙地利用了比较器参考电压VREF、三态门隔离/开通和反相器搭配等特点，较好地实现了OSFP协议逻辑要求的双向控制功能，测试结果表明，两个复用信号INT/RSTn和LPWn/PRSn的多逻辑电平均在OSFP协议要求范围内。

作为优选，所述第二比较器芯片U3的参考电压端通过阻值相等的第一电阻R10和第二电阻R9接地，所述第三比较器的反向输入端INB-(U3中的)和第四比较器的反向输入端INA-(U3中的)均通过所述第一电阻R10与所述第二比较器芯片U3的参考电压端REF电连接。所述第三比较器的反向输入端INB-(U3中的)和第四比较器的反向输入端INA-(U3中的)的输入值是所述第二比较器芯片U3参考电压的一半。

作为优选，所述第一三态门芯片U5、第一比较器芯片U6、第二三态门芯片U7、反相器U1、第二比较器芯片U3和第三三态门芯片U8的电源端均与电源电连接，所述第一三态门芯片U5、第一比较器芯片U6、第二三态门芯片U7、反相器U1、第二比较器芯片U3和第三三态门芯片U8的电源端分别通过电容值相等的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C19和第六电容C20接地。本实施例中，所述第一三态门芯片U5、第一比较器芯片U6、第二三态门芯片U7、反相器U1、第二比较器芯片U3和第三三态门芯片U8的供电电压VCC均为3.3V。所述第一三态门芯片U5、第一比较器芯片U6、第二三态门芯片U7、反相器U1、第二比较器芯片U3和第三三态门芯片U8的接地端均接地。

作为优选，所述第三比较器的同向输入端INB+(U3中的)通过第三电阻R21接地，所述第三比较器的同向输入端INB+(U3中的)通过第四电阻R20与电源电连接。所述第四比较器的同向输入端INA+(U3中的)通过第五电阻R19与电源电连接。所述第二比较器的同向输入端INA+(U6中的)通过第六电阻R15与所述第二三态门芯片U7的输出端电连接。所述第一三态门芯片U5的输出端通过第七电阻R1接地。所述第一三态门芯片U5的的输出端通过第八电阻R18与所述第三三态门芯片U8的输出端相连。如果M_INT为高，第三三态门芯片U8三态门输出高阻态，INT/RSTn电压大小为：

R1为第七电阻，R19为第五电阻，VCC为电源电压。如果M_INT为低，第三三态门芯片U8三态门输出为低，INT/RSTn电压大小为：

R18为第八电阻，其它符号同上。如果H_LPWn为低，第二三态门芯片U7输出高阻态，LPWn/PRSn电压大小为：

R21为第三电阻，R20为第四电阻。如果H_LPWn为高，第二三态门芯片U7输出为高，LPWn/PRSn电压大小为：

R15为第六电阻，其它符号同上。

本实用新型实施例二提供一种400G OSFP光模块，包括400G OSFP光模块壳体，还包括上述的应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路，所述应用于400G OSFP光模块双向传输多电平逻辑电路位于所述400G OSFP光模块壳体内。本实用新型实施例二提供的400G OSFP光模块解决了金手指信号线资源不足问题，设计简单，可靠性高，成本较低，OSFP双向信号能更好地复用传输，值得大范围推广。

(1)电路原理

本电路的创新之处是采用了三态门+反相器实现H_RSTn/M_INT/H_LPWn/PRSn信号的加入或切断(高阻态)。如图1所示，首先分析INT/RSTn信号，当H_RSTn为低(有效复位)时，第一三态门芯片U5输出为低，这样无论M_INT为高/低，INT/RSTn处的电平始终远小于1.25V或2.5V，这样经过第二比较器芯片U3和第一比较器芯片U6后，H_INTn为高电平，M_RSTn为低电平，这表明，只要HOST端复位信号有效，Module侧就会有效复位，同时Host侧H_INTn不受Module的M_INT高/低控制。当H_RSTn为高(不复位)时，第一三态门芯片U5输出为高阻态，此时INT/RSTn电平逻辑由M_INT高低决定，如果M_INT为高，第三三态门芯片U8三态门输出高阻态，INT/RSTn电压大小为：

R1为第七电阻，R19为第五电阻，VCC为电源电压。为了使M_RSTn输出高，H_INTn输出为低，要求INT/RSTn介于2.5V和3.46V之间，理想值为3V，即

如果M_INT为低，第三三态门芯片U8三态门输出为低，INT/RSTn电压大小为：

R18为第八电阻，其它符号同上。同理为了使M_RSTn输出高，H_INTn输出也为高，那么要求INT/RSTn介于1.25V和2.5V参考之间，理想值为1.9V，即

通过以上分析，INT/RSTn信号复用的真值表如下：

备注：x代表0或1，为无关状态。

下面分析LPWn/PRSn信号，当Module没有插入时，如果H_LPWn为低，第二三态门芯片U7输出高阻态，LPWn/PRSn为第四电阻R20上拉至VCC；如果H_LPWn为高，第二三态门芯片U7输出为高，LPWn/PRSn为R20//R15上拉至VCC；无论哪种情况，H_PRSn输出均为高，显示Module非在位。当Module插入时，如果H_LPWn为低，第二三态门芯片U7输出高阻态，LPWn/PRSn电压大小为：

R21为第三电阻，R20为第四电阻。为了M_LPWn为低，LPWn/PRSn需小于1.25V，考虑到安全余量，设计为0.95V，即

如果H_LPWn为高，第二三态门芯片U7输出为高，LPWn/PRSn电压大小为：

R15为第六电阻，其它符号同上。为了使M_LPWn为高，LPWn/PRSn需介于1.25V和2.5V之间，考虑到安全余量，设计为1.7V，即

通过以上分析，LPWn/PRSn信号复用的真值表如下：

备注：模块是否插入列，0表示模块没有插入，1表示模块插入。

(2)电阻网络选取

电阻网络参数选取，是指确定第三电阻R21，第四电阻R20，第五电阻R19，第六电阻R15，第七电阻R1，第八电阻R18的电阻值。

由以上电路原理分析，有以下两个方程组：

每个方程组中，先选取一个电阻，另外两个电阻就可以确定了。在本设计中，我们电源电压VCC为3.3V，初步选择R1＝68K，R20＝25K，那么可以理论计算出：

R18＝10.7K，R19＝6.8K，R15＝15.3K，R21＝10.1K，然后根据实际电阻型号值，初步确定电阻网络参数如下：

R1＝68K，R20＝24.9K，R18＝8.06K，R19＝5.1K，R15＝15K，R21＝10K

再将确定电阻值回代到上面两个方程组，得出实际计算结果如下：

可以看出，选取电阻值可以满足设计要求。

另外，需要指出的是，对于不同的VCC供电电压和不同的逻辑电平，我们同样可以按照上述分析方法，将VCC换成实际电压值，INT/RSTn和LPWn/PRSn分别以要求的逻辑电平值代入，也可以设计相应电阻值，原理完全一样。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。