QSFP-DD MSA Hardware协议解读（二）

文章目录1 低速信号概览2 各低速信号详解2.1 ModSelL模块选择2.2 ResetL复位2.3 LPMode/TxDis低功耗模式/发送禁用2.3.1 双重身份2.3.2 工作原理2.3.3 实际行为逻辑结合电平高低2.3.4 特殊情况与提醒2.4 ModPresL模块在位检测2.5 IntL/RxLOSL中断/接收信号丢失2.5.1 工作模式2.5.2 开漏输出与上拉电阻2.6 P/VS1、P/VS2、P/VS3、P/VS4可编程/供应商自定义信号2.7 ePPS/ClockEnhanced Pulse Per Second增强型秒脉冲/时钟3 总结本文介绍 QSFP-DD 的 MSA Hardware 协议不只是对协议文档的翻译还包括对协议文档内容的解读剖析协议规定背后的深意。1 低速信号概览除了TWITwo-Wire Interface在光模块中即I²C接口之外模块还有以下用于控制和状态显示的低速信号ModSelL模块选择ResetL复位LPMode/TxDis低功耗模式/发送禁用ModPresL模块在位检测IntL/RxLOSL中断/接收信号丢失P/VS1、P/VS2、P/VS3、P/VS4可编程/供应商自定义信号ePPS/ClockEnhanced Pulse Per Second增强型秒脉冲/时钟2 各低速信号详解2.1 ModSelL模块选择ModSelL是输入信号低有效在模块内部应上拉至Vcc见协议文档表7。当主机将ModSelL拉低时模块会响应TWI总线上的命令。当ModSelL为高电平时模块不响应。ModSelL信号的存在使TWI总线上允许连接多个模块类似于SPI接口的CS片选信号。为了避免冲突当总线上任一个光模块被取消选择后主机不能在ModSelL为高电平时尝试进行TWI总线通信必须等待ModSelL断言持续时间2ms后Aborted sequence–bus release协议文档第30页表8才能选择下一个模块进行通信。2.2 ResetL复位ResetL信号在模块内部应上拉至VCC见表7。ResetL信号上的低电平持续时间超过最小脉冲宽度10 µst_Reset_init见表9时将启动完整的模块复位将所有用户模块设置恢复为其默认状态。2.3 LPMode/TxDis低功耗模式/发送禁用LPMode/TxDis管脚是一个多功能开关它有双重“身份”。2.3.1 双重身份身份一LPMode低功耗模式开关让模块“省着点用电”。当这个开关打开时模块会进入低功耗模式消耗更少的功耗适合不传输大量数据时使用。身份二TxDis激光器开关直接“关闭”模块的激光发射器不让它发光发送数据。2.3.2 工作原理默认状态模块刚通电时它默认是LP Mode低功耗模式身份。如何切换身份主设备可以通过TWI 总线一种通信线路发送指令把这个开关从“省电开关”身份改成“发射器开关”身份。除了正在复位的时候随时可以改。切换时间模式切换需要一定时间最大100 毫秒参考表9。2.3.3 实际行为逻辑结合电平高低当前身份信号电平模块会做什么LPMode省电开关高电平 (1)开启低功耗模式→ 模块省电运行LPMode省电开关低电平 (0)关闭低功耗模式→ 模块全功率运行TxDis发射器开关高电平 (1)禁用所有激光器→ 不发送任何光信号TxDis发射器开关低电平 (0)启用所有激光器→ 正常发光发送数据2.3.4 特殊情况与提醒切换身份时的注意事项如果该管脚配置为LPMode且是高电平如果把管脚从“LPMode”改成“TxDis”那么模块会同时做两件事① 关闭激光器② 如果之前是低功耗模式会自动退出低功耗模式因为现在要作为发射器开关了。硬件 vs 软件控制除了用这个硬件引脚控制主设备还可以通过 TWI 总线I2C接口用“软件位”来达到同样的效果。只要硬件信号或软件位有一个被触发比如设为1对应的功能省电或关发射器就会生效。2.4 ModPresL模块在位检测该引脚为低电平时表示模块插入。高电平时表示没有模块插入。ModPresL在主机板上应上拉至VCC在模块内部应下拉为低电平。2.5 IntL/RxLOSL中断/接收信号丢失IntL/RxLOSL是模块的“报警灯”有两种不同的报警模式双模式一种是通用“异常报警”另一种是专门的光信号丢失报警。2.5.1 工作模式模式一IntL中断信号—— 通用“异常报警”作用当模块内部发生什么需要主机注意的事情比如温度过高、电压异常、激光器故障等这个信号就会亮起变为低电平通知主机“我有情况快查我”主机如何响应主机看到报警后会通过 TWII²C总线去询问模块具体是什么问题。主机读取并清除了报警状态后该信号会自动恢复为高电平。模式二RxLOSL接收信号丢失报警—— 专门的光信号丢失报警作用专门用于检测接收光信号是否丢失。当模块接收端检测不到光信号时例如光纤断开或对端未发射该信号变为低电平。光信号恢复后该信号恢复为高电平。特点它比通用中断更“专一”只关心“有没有光进来”。如果模块有多个通道只要任意一个通道丢光它就会报警只有当所有通道都正常收到光它才会熄灭。默认状态与切换默认模式模块刚通电时它默认工作在IntL通用报警模式。如何切换主机可以通过TWI 总线发送指令把它改成RxLOSL光信号丢失报警模式。除了复位期间随时可以改。切换时间模式切换需要100 毫秒见时序表。重要细节如果当前没有报警信号为高电平那么切换模式后信号仍保持高电平不会无故报警。2.5.2 开漏输出与上拉电阻这个信号是开漏输出意味着它只能拉低报警时不能主动拉高。主板上需要接一个上拉电阻到电源Vcc。当模块不报警时Vcc把信号拉高高电平表示正常当模块报警时它把信号拉低低电平表示异常。2.6 P/VS1、P/VS2、P/VS3、P/VS4可编程/供应商自定义信号P/VS14是可编程/供应商自定义引脚其中P/VS1、P/VS4是输入P/VS2、P/VS3是输出。P/VS14默认被禁用。2.7 ePPS/ClockEnhanced Pulse Per Second增强型秒脉冲/时钟功能ePPS/Clock 就像一个“超级精准的秒表”用于给光模块和主机“对表”确保它们的时间步调完全一致。由主机每秒提供一个脉冲信号给光模块让模块跟着主机精确到纳秒级别地走时从而支持高速网络中需要极高时间同步精度的应用比如 5G、高频交易、数据中心内延迟测量。特点“增强”二字意味着它在传统秒脉冲1PPS技术的基础上在抗干扰能力、信号质量和同步精度上都做了专门优化以满足数据中心对时间同步更严苛的要求。连接方式在模块内部具有至少 4.7 kΩ 的并联端接。为了提高更高频率时钟例如 156.25 MHz的信号完整性并联端接电阻可低至 470 Ω并可选择交流耦合。3 总结这是QSFP-DD光模块的6个低速信号和4个用户自定义信号。这些构成了除I2C总线外的其余IO控制使模块在一些关键功能的控制上更加直接便利。对于硬件工程师比较关注外围电路上下拉的情况。这里将必须上拉或下拉的信号总结如下信号上下拉端ModSelL在模块内上拉至VccResetL在模块内上拉至VccModPresL在主机板上拉至Vcc在模块内下拉至GNDIntL/RxLOSL在主机板上拉至VccI²C接口在主机板上拉至Vcc欢迎有疑问的小伙伴在评论区留言讨论。