设计指南 | 拥抱5G时代，用Maxim MCU打造光模块方案

5G可谓是今年最热门的科技话题之一，5G的来临预示着科技万物互联时代的到来。5G是一个大网络，包含了许多的终端，他们通过无线的方式连接到网络。而区域网需要用有线的方式连接到互联网，其中光纤通讯是比较典型的互联方式，而光模块又是光纤通讯中非常重要和必不可少的部分。本文将介绍Maxim的MCU在光通讯中的设计方案。

Maxim深耕光模块领域

Maxim在光模块的领域里耕耘了多年，有着对行业较深的理解。Maxim在光模块里面有很多的产品，例如MCU，光AFE，ADC，DAC，DCDC，TEC驱动等等。有大量的客户已经或正在使用Maxim的方案。

MAX32660概述

Maxim推出的MCU，其中，MAX32660是一颗可以满足现阶段光模块设计芯片，其主要的功能和特性如下：

高性能：

• 96MHz内置时钟源
• Cortex - M4F内核
• 256KB内置Flash
• 96KB SRAM，低功耗模式下可以选择是否保持全部数据或指定大小的数据
• 16KB 指令高速缓存
• 内存保护单元（MPU）
• 0.9~1.1V内核电压
• 1.7~3.6V GPIO电压操作范围
• 内部集成LDO，单电源供电
• 工业工作温度范围：-40℃~ +105℃

低功耗：

• 正常工作时功耗低至85μA/MHz（Flash中执行程序）
• 在VDD=1.8V时，在backup模式功耗只有2uA，并能保持住所有SRAM内的数据
• RTC在VDD =1.8V时功耗只有570nA。
• 内部有80K的内置低速时钟

  最优外设：

• 可用GPIO为14个
• 两路SPI接口，可以作为master或者slave
• 两路UART
• 两路I2C，可作为主设备，可作为从设备，速度可以高达3.4Mbps
• I2S主/从接口
• 4通道标准DMA控制器
• 3个32bit的定时器
• 看门狗定时器
• CMOS级32.768KHzRTC输出

下图是这颗MCU的内部框图：

从框图和之前的描述中可以看到，MAX32660主要特点就是高性能，低功耗，小封装。是一颗符合光模块设计的MCU。光模块一般需要2个I2C接口，一个是和外部连接的I2C slave接口，另一个是和AFE通讯的I2C master接口。

MAX32660在Maxim的MCU家族中是封装最小，GPIO最少的一颗，但这并不意味着它是一颗弱的MCU，它和其他有着丰富外设的MCU一样，有96MHz的高主频，M4F内核。很多客户认为它是非常适合于少外设，高算法的应用。但光模块是在要求有处理速度快的同时，也要具备一定的外设。MAX32660虽然IO口比较少，但是通用的接口都是有的。并实现了最优化。

光模块概述

光模块(optical module)由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。

简单的说，光模块的作用就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。

发射部分：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。

接收部分：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出相应码率的电信号。

下面是光模块的一个实体图：

光模块细分的话可以根据功能、参数、封装等方式分类。在此不进行详细描述，有兴趣的朋友可以上网去了解。

低端的光模块是直接进行光电转换的，光信号是多高的速率，电信号输出的就是多高的速率。而有很多速率高的模块，需要多路的电信号转换为一路光信号，那么就需要用DSP来处理数据进行桥接。DSP是一个功耗比较高的器件。

丰富的高性能算法

下面是一个比较典型的光模块内部框图：

由上图可以看出，MCU通过I2C管理很多从设备，同时也需要充当I2C的从设备和主机通讯。MAX32660的I2C速率可高达3.4Mbps。可以满足所有host对通讯速率的要求。

框图中DS3935是Maxim的光模块专用AFE芯片，有8路ADC，2路TEC控制，还集成了DCDC的驱动，不少厂家已经采用此颗AFE进行设计。而 MCU，MAX32660搭配DS3935是一个比较完美的组合。

MAX32660通过I2C口来操作DS3935，控制其ADC，TEC驱动等工作。

TEC是半导体制冷的缩写，可以看做是一个芯片级别的冷却剂，在光模块中起着重要的作用，光模块发送部分是由激光（laser）发射光信号，laser发光器在工作是需要进行冷却，以保证其工作的稳定性。Laser在工作是要求输入的电流电压信号脚精确，需要用ADC来进行监视。

可见MCU在整个系统中处于核心的一个功能，有它来协调各个其他器件的配合工作。需要具有比较高的处理能力和一定的外设接口。它需要设置和监视各个功能电路的正常工作，例如和DSP，DS3935进行实时通讯，监视DSP和Laser的温度和电压电流等。还要对HOST的通讯进行实时的相应。

Maxim MCU光模块方案

Maxim MCU的主频比较高，M4F内核可以保证这些处理能够实时的处理。

同时，光模块客户一般都需要MCU具备在线升级功能，HOST可以通过I2C接口对MCU进行在线升级。Maxim为客户打造了一个Bootloader，可以直接提供Bootloader源码。客户可以选择使用Maxim提供的Bootloader做设计，也可以自己设计Bootloader部分。

为了满足光模块的不断升级和功能的增强，Maxim在后续也有相应的MCU推出，在MAX32660的基础上增加了一些功能，例如ADC，GPIO等，增加了Flash和RAM的容量。将会在2020年初发布。

注：本文出自公众号【美信半导体】，版权归原作者所有。