拆解：基于51單片機的華為SFP+光模塊

電子發燒友網報道（文/李誠）近段時間AIGC的大火，吸引了不少眾多科技巨頭的關注，同時也讓整個AI領域掀起了一股圍繞著AI算力的革命浪潮。在這場算力競賽中，除了需要AI芯片不斷處理大量數據之外，能夠實現高速率數據傳輸的光模塊，也成為了市場矚目的焦點。

那么，光模塊的內部結構是怎樣的？它又是如何工作的呢？本文將通過拆解華為SFP+光模塊，揭示其中的奧秘。

光模塊外觀及內部結構

本次拆解的光模塊為華為的MTRS-1E21-01 ，該模塊采用SFP+小型封裝，中心波長為1310nm，配合光纖使用時最遠傳輸距離可達1.4千米，并且在此距離范圍內，能夠以10Gbps的速率進行數據傳輸?？蓾M足數據中心、企業網絡等中、短途場景的數據傳輸需求。

光模塊前端配置有激光收發端口，此端口主要用于與通信光纖建立連接。光模塊的后端為用于數據輸出的金手指。金手指是在模塊連接應用中，較為常見的一種接口形式，采用該設計可使光模塊更便捷地與設備相連。

此外，為確保模塊與設備之間電氣連接的穩定性，光模塊與設備連接處還采用了柵型凸起設計，將其與設備牢牢卡住。

同時，全金屬的模塊外殼不僅能夠提供一定的防護作用，保護光模塊內部的元件不受外界環境的干擾和物理損壞。還能充當散熱板使用，尤其是光模塊內部對熱量較為敏感的光電芯片，能夠在一定程度上解決芯片溫漂問題，確保模塊的穩定運行。

華為的這塊光模塊內部由電路板、激光器和光接收器三部分組成。其中電路板是光模塊的核心組件，承載著驅動和控制電路，負責管理激光器的工作狀態、調節光功率以及實現電光轉換等功能。激光器是光模塊的發射部件，用于產生激光光源，將電信號轉換為光信號。光接收器則是光模塊的接收部件，用于接收光信號并將其轉換為電信號。

在電路結構方面，該模塊所采用的封裝為SFP+小型封裝，由于受到封裝尺寸的限制，此類封裝的光模塊通常將本應內置在模塊內部的時鐘電路和數據恢復電路，部署到了線板上。因此，該模塊內部電路十分簡潔，只使用了一顆主控芯片和激光器收發芯片。

主控芯片是來自芯科科技的C8051F392，其實就是一顆51單片機，芯片內集成了溫度傳感器、模數轉換接口（ADC和DAC）等功能。綜合電路結構來看，之所以會在光模塊中使用51單片機主要有兩點原因。

首先，主控芯片在光模塊中主要起到對供電電壓、模塊溫度、偏置電流、接收光功率、發射光功率等幾項關鍵數據進行檢測與診斷，并不直接參與光電信號的收發控制。因此光模塊對主控芯片的性能要求并不高。

其次，該芯片在成本、面積、集成度方面也有著很大的優勢。與STM32單片機相比，51單片機的價格更為低廉，3*3mm的芯片面積及豐富的片上模擬功能，也能讓光模塊的整體設計變得更加簡潔和緊湊，有利于降低BOM成本和PCB面積，是SFP+封裝的理想選擇。
激光收發器芯片采用的是Semtech的GN1157，根據官方提供的數據顯示，該芯片支持高達11.317Gb/s的數據傳輸速率。同時，內部集成了DFB/FP激光驅動器和限幅放大接收器。

這也意味著該芯片不僅能夠對激光器發射光信號的功率和頻率進行精確的控制，還可以將接收到的光信號進行限幅放大，將其轉換為電信號進行后續處理。

其內部結構大致如上圖所示。

具體而言，數據的發送由光通信設備開始，當光通信設備將傳輸信號傳遞至光模塊后，光模塊內部激光收發器芯片的LDD會對接收到的信號進行處理與轉換，并輸出調制信號驅動激光器發光將電信號轉換為光信號，然后將其發射到外部光纖或其他光傳輸介質。

數據接收同理，當激光接收器識別到來自外部的光信號時，激光器會將光信號轉換為電流信號，傳入激光收發器芯片內的TIA/LA，再由TIA將電流信號處理成一定幅值的電壓信號，并通過解調和處理后將數據傳遞給接收設備，以此完成整個高速數據傳輸過程。
結語

經過拆解發現，這款華為光模塊在設計上充分考慮了成本、體積和效率之間的平衡。它采用了高度集成的芯片激光收發器，使得整個模塊體積相對較小。同時，使用了經濟實惠的51單片機，使得成本得到了兼顧。此外，全金屬外殼的自身散熱設計，也為模塊的穩定運行提供了一道額外保障。