5G可謂是今年最熱門的科技話題之一，5G的來臨預示著科技萬物互聯時代的到來。5G是一個大網絡，包含了許多的終端，他們通過無線的方式連接到網絡。而區域網需要用有線的方式連接到互聯網，其中光纖通訊是比較典型的互聯方式，而光模塊又是光纖通訊中非常重要和必不可少的部分。本文將介紹Maxim的MCU在光通訊中的設計方案。

Maxim深耕光模塊領域

Maxim在光模塊的領域里耕耘了多年，有著對行業較深的理解。Maxim在光模塊里面有很多的產品，例如MCU，光AFE，ADC，DAC，DCDC，TEC驅動等等。有大量的客戶已經或正在使用Maxim的方案。

MAX32660概述

Maxim推出的MCU，其中，MAX32660是一顆可以滿足現階段光模塊設計芯片，其主要的功能和特性如下：

高性能：

96MHz內置時鐘源

Cortex - M4F內核

256KB內置Flash

96KB SRAM，低功耗模式下可以選擇是否保持全部數據或指定大小的數據

16KB 指令高速緩存

內存保護單元（MPU）

0.9~1.1V內核電壓

1.7~3.6V GPIO電壓操作范圍

內部集成LDO，單電源供電

工業工作溫度范圍：-40℃~ +105℃

低功耗：

正常工作時功耗低至85μA/MHz（Flash中執行程序）

在VDD=1.8V時，在backup模式功耗只有2uA，并能保持住所有SRAM內的數據

RTC在VDD =1.8V時功耗只有570nA。

內部有80K的內置低速時鐘

最優外設：

可用GPIO為14個

兩路SPI接口，可以作為master或者slave

兩路UART

兩路I2C，可作為主設備，可作為從設備，速度可以高達3.4Mbps

I2S主/從接口

4通道標準DMA控制器

3個32bit的定時器

看門狗定時器

CMOS級32.768KHzRTC輸出

下圖是這顆MCU的內部框圖：

從框圖和之前的描述中可以看到，MAX32660主要特點就是高性能，低功耗，小封裝。是一顆符合光模塊設計的MCU。光模塊一般需要2個I2C接口，一個是和外部連接的I2C slave接口，另一個是和AFE通訊的I2C master接口。

MAX32660在Maxim的MCU家族中是封裝最小，GPIO最少的一顆，但這并不意味著它是一顆弱的MCU，它和其他有著豐富外設的MCU一樣，有96MHz的高主頻，M4F內核。很多客戶認為它是非常適合于少外設，高算法的應用。但光模塊是在要求有處理速度快的同時，也要具備一定的外設。MAX32660雖然IO口比較少，但是通用的接口都是有的。并實現了最優化。

光模塊概述

光模塊（optical module）由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發射和接收兩部分。

簡單的說，光模塊的作用就是光電轉換，發送端把電信號轉換成光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉換成電信號。

發射部分：輸入一定碼率的電信號經內部的驅動芯片處理后驅動半導體激光器（LD）或發光二極管（LED）發射出相應速率的調制光信號，其內部帶有光功率自動控制電路，使輸出的光信號功率保持穩定。

接收部分：一定碼率的光信號輸入模塊后由光探測二極管轉換為電信號，經前置放大器后輸出相應碼率的電信號。

下面是光模塊的一個實體圖：

光模塊細分的話可以根據功能、參數、封裝等方式分類。在此不進行詳細描述，有興趣的朋友可以上網去了解。

低端的光模塊是直接進行光電轉換的，光信號是多高的速率，電信號輸出的就是多高的速率。而有很多速率高的模塊，需要多路的電信號轉換為一路光信號，那么就需要用DSP來處理數據進行橋接。DSP是一個功耗比較高的器件。

豐富的高性能算法

下面是一個比較典型的光模塊內部框圖：

由上圖可以看出，MCU通過I2C管理很多從設備，同時也需要充當I2C的從設備和主機通訊。MAX32660的I2C速率可高達3.4Mbps。可以滿足所有host對通訊速率的要求。

框圖中DS3935是Maxim的光模塊專用AFE芯片，有8路ADC，2路TEC控制，還集成了DCDC的驅動，不少廠家已經采用此顆AFE進行設計。而 MCU，MAX32660搭配DS3935是一個比較完美的組合。

MAX32660通過I2C口來操作DS3935，控制其ADC，TEC驅動等工作。

TEC是半導體制冷的縮寫，可以看做是一個芯片級別的冷卻劑，在光模塊中起著重要的作用，光模塊發送部分是由激光（laser）發射光信號，laser發光器在工作是需要進行冷卻，以保證其工作的穩定性。Laser在工作是要求輸入的電流電壓信號腳精確，需要用ADC來進行監視。

可見MCU在整個系統中處于核心的一個功能，有它來協調各個其他器件的配合工作。需要具有比較高的處理能力和一定的外設接口。它需要設置和監視各個功能電路的正常工作，例如和DSP，DS3935進行實時通訊，監視DSP和Laser的溫度和電壓電流等。還要對HOST的通訊進行實時的相應。

Maxim MCU光模塊方案

Maxim MCU的主頻比較高，M4F內核可以保證這些處理能夠實時的處理。

同時，光模塊客戶一般都需要MCU具備在線升級功能，HOST可以通過I2C接口對MCU進行在線升級。Maxim為客戶打造了一個Bootloader，可以直接提供Bootloader源碼。客戶可以選擇使用Maxim提供的Bootloader做設計，也可以自己設計Bootloader部分。

為了滿足光模塊的不斷升級和功能的增強，Maxim在后續也有相應的MCU推出，在MAX32660的基礎上增加了一些功能，例如ADC，GPIO等，增加了Flash和RAM的容量。將會在2020年初發布。
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