纤巧、低功耗MCU如何满足光模块设计需求

5G的到来预示着技术物联网时代的到来。虽然最终用户以无线方式连接到网络，但网络的核心需要稳定可靠的有线连接，因此光纤是一种典型的互连方式。本文介绍Maxim微控制器设计光模块，光模块是光纤通信的重要组成部分。

5G是当今的热门话题，5G的到来预示着“物联网”的新时代。使这成为可能的5G网络非常广泛，具有许多无线连接到网络的终端。然而，局域网需要通过有线方式连接到互联网，而光纤通信是一种典型的互连方式，其中光模块是非常重要的和必不可少的一部分。本文讨论微型低功耗微控制器单元（MCU）如何在此类应用中发挥重要作用。

Maxim Integrated的MAX32660非常适合当今基于以下特性和功能的光模块设计：

高性能：

内置 96MHz 时钟源

手臂皮层-M4F核心®®

内置 256kB 闪存

96kB SRAM，在低功耗模式下具有保留选项

16kB 指令高速缓存

内存保护单元 （MPU）

0.9V至1.1V内核电压

1.7V 至 3.6V GPIO 工作范围

集成 LDO 采用单电源供电

工业工作温度：-40°C 至 +105°C

可选 I2C， SPI & UART Bootloader

低功耗：

85μA/MHz 从闪存主动执行

2μA 全内存保持能力（在备份模式下为 V）DD= 1.8V

RTC 功耗 570nA （V）DD= 1.8V

内部 80kHz 环形振荡器

优化的外设：

多达 14 个 GPIO

多达两个 SPI 连接

最多两个 UART

最多两个 I2C 连接，3.4Mbps 高速

我2C 接口

四通道标准 DMA 控制器

三个 32 位定时器

看门狗定时器

CMOS电平32.768kHz RTC输出

下图是该MCU的内部框图：

图 1：MCU 内部框图。

如框图和前面的描述所示，MAX32660的主要优点是高性能、低功耗和小封装，非常适合光模块设计。光模块一般需要两个I2C 接口：一个用作 I2C辅助接口连接外部，另一个作为I2与模拟前端 （AFE） 通信的 C 主接口。

虽然MAX32660在Maxim Integrated的MCU系列中具有最小的封装和最少的GPIO，但这并不意味着它在任何方面都很弱。与其他具有丰富外设的MCU一样，它具有96MHz的高时钟速度和Cortex-M4F内核;很多时候，客户只发现它只适用于允许他们使用很少的外围设备运行专有算法的应用程序。但是，在光学模块中，微控制器必须具有通用的外设，例如I2C 除了核心的快速处理速度。虽然MAX32660的I/O端口较少，但它针对所有常用接口进行了优化。

光模块由光电器件、功能电路和光接口组成。光电器件具有发射和接收模式。简而言之，光模块的功能是光电转换;发射器将电信号转换为光信号，然后接收器通过光纤传输后将光信号转换为电信号。

在传输过程中，具有特定比特率的电信号由内部驱动芯片输入并处理，以驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发出具有相应比特率的调制光信号。此外，内部设有光功率自动控制电路，以保持输出光信号功率稳定。

对于接收模式，具有一定比特率的光信号输入模块，由光检测二极管转换为电信号，由前置放大器放大，输出相应比特率的电信号。

光模块可以按功能、参数和封装进行分类，本文不做详细介绍。有兴趣的人可以在线找到其他资源。

对于低端光模块，信号直接进行光电转换，输出电信号的比特率与光信号的比特率相同。有许多高速光模块将多个电信号转换为一个光信号。DSP 是一种消耗大量功率的设备，用于处理桥接数据。

以下是典型光学模块的内部框图：

图 2：典型光学模块内部框图。

如上图所示，MCU通过I管理许多外围设备2C 并且还充当 I2C 辅助与主机通信。MAX32660支持高达3.4Mbps I2C速度，可以满足绝大多数主机的通信速度要求。

MAX32660可与Maxim Integrated的配套AFE芯片配合使用，两者形成理想的组合。该 MCU 通过 I 操作2C、SPI 或 UART 端口，用于控制 AFE 的 ADC、TEC 驱动器等。

TEC代表热电子冷却器，可以看作是芯片级冷却剂，在光模块中起着重要作用。在光模块的传输部分，激光器发出光信号，在运行过程中需要冷却以确保稳定性。输入电流和电压信号必须准确，并在激光器工作时由ADC监控。

MCU是整个系统的核心;由于它与其他设备协调，因此需要具有相对较高的处理能力和某些外围接口。MCU需要设置和监控每个功能电路的正常运行。例如，MCU支持与DSP和AFE芯片的实时通信，监控DSP和激光器的温度、电压和电流，并实时响应主机通信。

Maxim Integrated的MCU频率相对较高，Cortex-M4F内核可以确保这些交易可以实时处理。同时，光模块客户一般需要一台具有在线升级功能的单片机，以便主机可以通过在线升级单片机。2C 接口。Maxim Integrated 开发了一种引导加载程序，可以通过 I 进行通信。2C、UART 或 SPI，同时为客户提供易于实现的引导加载程序源代码。这使客户可以选择使用Maxim Integrated的引导加载程序或设计自己的引导加载程序。

为了满足光学模块持续升级和功能增强的需求，Maxim Integrated在MAX32660的基础上增加了MAX32670，它集成了更多的存储器（闪存/SRAM）和使能纠错码（ECC），适用于工作可靠性至关重要且需要更多存储器密集型算法的应用。此外，MAX32670还集成了全套安全功能和安全引导加载程序。

总之，值得注意的是，Maxim Integrated在光模块领域拥有多年的经验，对行业有着深刻的理解。Maxim Integrated提供多种光模块产品，如MCU、光AFE、ADC、DAC、DC-DC、TEC 驱动器等，使产品集成更加轻松快捷。

审核编辑：郭婷