5G的到來預示著技術物聯網時代的到來。雖然最終用戶以無線方式連接到網絡，但網絡的核心需要穩定可靠的有線連接，因此光纖是一種典型的互連方式。本文介紹Maxim微控制器設計光模塊，光模塊是光纖通信的重要組成部分。

5G是當今的熱門話題，5G的到來預示著“物聯網”的新時代。使這成為可能的5G網絡非常廣泛，具有許多無線連接到網絡的終端。然而，局域網需要通過有線方式連接到互聯網，而光纖通信是一種典型的互連方式，其中光模塊是非常重要的和必不可少的一部分。本文討論微型低功耗微控制器單元（MCU）如何在此類應用中發揮重要作用。

Maxim Integrated的MAX32660非常適合當今基于以下特性和功能的光模塊設計：

高性能：

內置 96MHz 時鐘源

手臂皮層-M4F核心??

內置 256kB 閃存

96kB SRAM，在低功耗模式下具有保留選項

16kB 指令高速緩存

內存保護單元 （MPU）

0.9V至1.1V內核電壓

1.7V 至 3.6V GPIO 工作范圍

集成 LDO 采用單電源供電

工業工作溫度：-40°C 至 +105°C

可選 I2C， SPI & UART Bootloader

低功耗：

85μA/MHz 從閃存主動執行

2μA 全內存保持能力（在備份模式下為 V）DD= 1.8V

RTC 功耗 570nA （V）DD= 1.8V

內部 80kHz 環形振蕩器

優化的外設：

多達 14 個 GPIO

多達兩個 SPI 連接

最多兩個 UART

最多兩個 I2C 連接，3.4Mbps 高速

我2C 接口

四通道標準 DMA 控制器

三個 32 位定時器

看門狗定時器

CMOS電平32.768kHz RTC輸出

下圖是該MCU的內部框圖：

圖 1：MCU 內部框圖。

如框圖和前面的描述所示，MAX32660的主要優點是高性能、低功耗和小封裝，非常適合光模塊設計。光模塊一般需要兩個I2C 接口：一個用作 I2C輔助接口連接外部，另一個作為I2與模擬前端 （AFE） 通信的 C 主接口。

雖然MAX32660在Maxim Integrated的MCU系列中具有最小的封裝和最少的GPIO，但這并不意味著它在任何方面都很弱。與其他具有豐富外設的MCU一樣，它具有96MHz的高時鐘速度和Cortex-M4F內核;很多時候，客戶只發現它只適用于允許他們使用很少的外圍設備運行專有算法的應用程序。但是，在光學模塊中，微控制器必須具有通用的外設，例如I2C 除了核心的快速處理速度。雖然MAX32660的I/O端口較少，但它針對所有常用接口進行了優化。

光模塊由光電器件、功能電路和光接口組成。光電器件具有發射和接收模式。簡而言之，光模塊的功能是光電轉換;發射器將電信號轉換為光信號，然后接收器通過光纖傳輸后將光信號轉換為電信號。

在傳輸過程中，具有特定比特率的電信號由內部驅動芯片輸入并處理，以驅動半導體激光器（LD）或發光二極管（LED）發出具有相應比特率的調制光信號。此外，內部設有光功率自動控制電路，以保持輸出光信號功率穩定。

對于接收模式，具有一定比特率的光信號輸入模塊，由光檢測二極管轉換為電信號，由前置放大器放大，輸出相應比特率的電信號。

光模塊可以按功能、參數和封裝進行分類，本文不做詳細介紹。有興趣的人可以在線找到其他資源。

對于低端光模塊，信號直接進行光電轉換，輸出電信號的比特率與光信號的比特率相同。有許多高速光模塊將多個電信號轉換為一個光信號。DSP 是一種消耗大量功率的設備，用于處理橋接數據。

以下是典型光學模塊的內部框圖：

圖 2：典型光學模塊內部框圖。

如上圖所示，MCU通過I管理許多外圍設備2C 并且還充當 I2C 輔助與主機通信。MAX32660支持高達3.4Mbps I2C速度，可以滿足絕大多數主機的通信速度要求。

MAX32660可與Maxim Integrated的配套AFE芯片配合使用，兩者形成理想的組合。該 MCU 通過 I 操作2C、SPI 或 UART 端口，用于控制 AFE 的 ADC、TEC 驅動器等。

TEC代表熱電子冷卻器，可以看作是芯片級冷卻劑，在光模塊中起著重要作用。在光模塊的傳輸部分，激光器發出光信號，在運行過程中需要冷卻以確保穩定性。輸入電流和電壓信號必須準確，并在激光器工作時由ADC監控。

MCU是整個系統的核心;由于它與其他設備協調，因此需要具有相對較高的處理能力和某些外圍接口。MCU需要設置和監控每個功能電路的正常運行。例如，MCU支持與DSP和AFE芯片的實時通信，監控DSP和激光器的溫度、電壓和電流，并實時響應主機通信。

Maxim Integrated的MCU頻率相對較高，Cortex-M4F內核可以確保這些交易可以實時處理。同時，光模塊客戶一般需要一臺具有在線升級功能的單片機，以便主機可以通過在線升級單片機。2C 接口。Maxim Integrated 開發了一種引導加載程序，可以通過 I 進行通信。2C、UART 或 SPI，同時為客戶提供易于實現的引導加載程序源代碼。這使客戶可以選擇使用Maxim Integrated的引導加載程序或設計自己的引導加載程序。

為了滿足光學模塊持續升級和功能增強的需求，Maxim Integrated在MAX32660的基礎上增加了MAX32670，它集成了更多的存儲器（閃存/SRAM）和使能糾錯碼（ECC），適用于工作可靠性至關重要且需要更多存儲器密集型算法的應用。此外，MAX32670還集成了全套安全功能和安全引導加載程序。

總之，值得注意的是，Maxim Integrated在光模塊領域擁有多年的經驗，對行業有著深刻的理解。Maxim Integrated提供多種光模塊產品，如MCU、光AFE、ADC、DAC、DC-DC、TEC 驅動器等，使產品集成更加輕松快捷。

審核編輯：郭婷