DS28CZ04在铜缆传输SFP中的装配
摘要：本文是对hfrd-16.0参考设计：1gbps至4.25gbps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。
概述光纤通道、吉比特以太网和infiniband™网络之间以高于1gbps的速率交换数据。这些设备的标准接口为sfp (小型可插拔)口，其功能与gbic (吉比特接口转换器)相同，但尺寸更加紧凑、密度更高。有源铜缆sfp组件可直接插入sfp端口，内嵌在电缆连接器的收发器可恢复、调理信号，使其能够以4.25gbps的速率传送高达20米的距离。小型可插拔(sfp)收发器多源协议(msa)¹定义了机械(物理尺寸)和电气接口(引脚配置、协议等)，包括模块规格定义、接口和数据域说明。这些即插即用数据格式，也称作sfp序列号，存储在i²c总线接口的cmos eeprom内。ds28cz04² 4kb i²c/smbus™ eeprom完全符合sfp的要求。其通用i/o接口可提供附加功能，用于控制max3982铜缆驱动器或通过串口传送max3748a接收信号的状态。 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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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。
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--- r sff mode on: sff optional status register
6fh to efh eeprom r/w user memory
f0h to ffh --- r reserved (reads ffh)
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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。
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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
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