一种满足光模块黑盒测试的MCB板的制作方法

一种满足光模块黑盒测试的mcb板
技术领域
1.本发明涉及一种光模块测试结构，尤其涉及一种满足光模块黑盒测试的mcb板。


背景技术：

2.在现有技术中，普通封装mcb（module compliance board，模块符合板）板做到完全满足协议标准就比较困难，考虑到sfp
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dd封装结构的座子才出来不久，实际设计中需要考虑到很多高频布线因素，sfpdd mcb板需要满足50gbd（pam4）s参数协议（oif cei
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56g
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vsr
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pam4）要求，另外需要兼容sfpdd、sfp56、sfp28封装光模块软件黑盒测试，控制告警引脚设计需要考虑得很全面；目前市场上国内只有能做到单独满足sfp28模块的满足协议要求的mcb板，且很多厂家做出来的产品由于设计余量不足导致批次一致性不是很好，sfp
‑
dd封装的光模块市场上很少，sfpdd mcb板需要采用超高频板材和rf链路优化设计。
3.sfp
‑
dd封装是新出来的一个封装结构，目前做这种光模块的公司不是很多，所以对应mcb板目前很少有人做，目前市面上已经有的sfp封装mcb板在速率上最高只能支持到28g nrz速率、sfp28封装的光模块测试，且有个很大的弊端是mcb板设计之初主要考虑到模块的高速走线设计，并没有考虑到软件黑盒测试设计，做软件黑盒测试需要通过测试板上的mcu去控制光模块金手指上的控制管脚，同时要通过iic通信读取光模块ddm信息，并且测试板电源可以通过外部程控上下电设计，需要同时兼容到这两点测试要求的夹具需要根据定制化的需求专门设计。还有一点比较麻烦的是光模块有多种封装结构，目前最为主流的是sfp \sfp28\sfp56\sfpdd\qsfpdd\qsfp28\qsfp ,封装形式太多，导致做对应的测试夹具时需要做很多种，这样导致成本浪费、测试夹具难管理。
4.本发明将光模块mcb的设计和光模块黑盒测试板的设计，两种技术项目结合在一起成为一个即能满足mcb板的测试又能满足光模块黑盒测试要求的测试夹具。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的问题，本发明提供一种满足光模块黑盒测试的mcb板，既能满足光模块协议的标准mcb板，又能满足光模块软件黑盒测试要求的测试板，尤其能够兼容sfp
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dd\sfp \sfp封装光模块的s参数测试及多种封装结构软件黑盒测试。
6.本发明包括mcb控制小板和mcb主板，其中，所述mcb控制小板包括单片机模块，分别与单片机模块相连的第一排针、开关模块、swd接口控制模块，所述mcb主板包括mcu、金手指插座、控制告警模块、sma射频信号接口模块，所述sma射频信号接口模块的输出端与金手指插座输入端相连，所述金手指插座、mcu、控制告警模块分别与第二排针相连，所述mcb控制小板和mcb主板通过第一排针和第二排针插接，所述第一排针设有通信管脚、对光模块黑盒测试用的控制管脚和告警监控管脚，兼容mcb主板上各种光模块封装结构的光模块金手指控制告警模块结构，单片机模块能够通过第一排针控制各种封装形式的光模块。
7.本发明作进一步改进，所述通信管脚包括iic通信、mdio通信管脚，所述控制管脚
包括tx_disable控制管脚、速率切换控制管脚、lpmode控制管脚、resetl控制管脚、modsell控制管脚、小板电源上下电监控管脚vbus，所述告警监控管脚包括los告警监控管脚、fault上报告警监控管脚、intl告警监控管脚。
8.本发明作进一步改进，所述mcb控制小板还包括分别与单片机模块相连的调试接口、usb供电模块。
9.本发明作进一步改进，所述金手指插座为sfp
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dd封装或qsfp
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dd封装，所述sfp
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dd封装的金手指插座能够向下兼容sfpdd\sfp56\sfp28\sfp 封装的光模块，所述qsfp
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dd封装的金手指插座能够向下兼容qsfpdd\qsfp28\qsfp 封装的光模块，所以本例只需要设计sfp
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dd和qsfp
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dd封装座子的两种mcb主板就可以兼容7种主流封装的光模块测试。
10.本发明作进一步改进，所述mcu包括电流监控采样模块，所述电流监控采样模块用于监控被测光模块供电电流。
11.本发明作进一步改进，所述控制告警模块包括告警信号开关u16及各个开关选项对应的测试点，用于拨动开关控制lowpwer、resetl、tx_disable信号，预留各个测试点能够通过插针引出方便测试，所述控制告警模块还包括指示模块，所述指示模块用于显示测试失败和los告警信息。
12.本发明作进一步改进，所述mcb主板采用超高频板材，所述超高频板材上设有多组高频差分线，所有的高频差分线等长，每组差分线线长公差小于1mil。
13.本发明作进一步改进，所述mcb主板采用编织网眼较小的1078玻纤布。
14.本发明作进一步改进，每组差分线周围设有一系列的伴随地孔，所述伴随地孔与差分线间边沿间距与差分线间边沿间距一致，所述伴随地孔中心间距小于λ/10，其中，λ为电磁波在导体上的传播速度。
15.本发明作进一步改进，所述差分级采用板材第二层走线，所述差分级采用板材第二层走线，信号线过孔采用激光孔，所述激光孔反焊盘的直径d2为激光孔直径d1的两倍以上。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：将作为控制和监控作用的mcu小板独立出来，可以更加灵活的插在不同封装（sfp
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dd\qsfp
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dd）座子的mcb板上使用，两个20pin的排针已经兼容设计了包括现阶段所有主流光模块封装的控制告警管脚，只需要一块stm32小板就可以控制各种封装形式的光模块，后续设计其他封装的mcb板只需要在mcb板上预留对应的控制告警管脚的排针即可，给后期实验室或者产线使用测试板节省不少成本。
附图说明
17.图1为本发明结构示意图；图2
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图9为本发明sfp
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dd封装mcb主板电路原理图，其中，图2为测试板5v供电接口和缓启开关电路；图3 mcb主板与mcb控制小板连接的两个20pin排针；图4为mcb主板上sfp
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dd封装金手指插座；图5为5v转3.3v dc
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dc电源供电模块；图6为电流监控采样模块；图7为金手指3.3v供电部分滤波电路和led指示灯；图8为差分对外接sma接头；图9为sfp
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dd插座上控制告警信号开关及对应的测试点；图10
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12为mcb控制小板电路原理图，其中，图10为usb供电和给mcu提供3.3v电压稳压芯片及滤波电路；图11为单片机模块电路原理图；图12第一排针电路原理图；
图13为mcb主板高频走线图；图14为每组差分线剖面结构示意图；图15为单端转差分处侧视图。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
19.如图1所示，本例采用以stm32f446单片机为主体组成的mcb控制小板和以sfp
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dd座子、供电电路为主体组成mcb大板两块板。两块板通过两个20pin的排针连接方式工作，这样做的方式在设计上将作为控制和监控作用的mcu控制小板独立出来，可以更加灵活的插在不同封装（sfp
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dd\qsfp
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dd）座子（这两种座子可以兼容所有封装结构的座子，比如：sfp \sfp28\sfp56\sfpdd\qsfpdd\qsfp28\qsfp 等等）的mcb板上使用,这样的好处是不管是什么封装座子的mcb板，本发明小板只需要一块，因为两个20pin的排针已经兼容设计了包括现阶段所有主流光模块封装的控制告警管脚，后续设计其他封装的mcb板只需要在mcb板上预留对应的控制告警管脚的排针即可。不需要对其他封装的mcb板进行重新设计和定制开发，大大缩小了产品的开发周期。
20.本例stm32控制小板包括：stm32单片机及其外围电路、usb供电模块、5v
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3.3v稳压电源模块、去耦滤波电路、2个20pin接头排针、按键开关、swd（串行调试）控制接口、led指示灯等组成；本例mcb大板包括：sfp
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dd金手指座子、多个2.4mm sma射频信号母接头、5v供电接口、3.3v供电接头（3.3v供电接头的作用是可以直接通过外部程控电源设置缓慢上下电、阶梯上下电等电源压力给光模块3.3v供电做电源压力测试）、5v转3.3v ldo(低压差线性稳压器)芯片、滤波电路、按键开关、排针、led指示灯等。以下分别对其进行说明。
21.如图2所示，本例为5v供电模块，包括为测试板5v供电接口和缓启开关电路，给测试板提供5v供电并通过开关控制关断。
22.如图3所示，本例的mcb大板同样设置了两个与mcb控制小板插接的20pin排针，做为大板和小板连接的桥梁。排针u25为控制和监控引脚，其中，引脚1和引脚3为速率切换和低功耗控制管脚，排针u24的引脚以通信管脚为主，排针u25排布后，剩余的控制和监控管脚设置在排针u24上，各个接地引脚是为了防止通信之间的串扰。
23.如图4所示，sfp
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dd u3为mcb大板上sfp
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dd封装金手指插座，用于连接被测光模块。如果为qsfp
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dd封装，此处为qsfp
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dd金手指插座。
24.如图5所示，供电芯片u8为大板内部5v转3.3v dc
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dc电源，给测试板上金手指和其他上下拉供电。
25.如图6所示，u9为大板上电流监控采样芯片，用来监控被测光模块供电电流。
26.如图7所示，左侧为大板上金手指3.3v供电部分滤波电路，右侧为三个电源指示灯，分别为光模块tx发射端供电电源指示灯、光模块rx接收端供电电源指示灯和usb供电电源指示灯，将收发端分开供电设计也是为了防止收、发端同时上电可能会产生较大的浪涌电流或者未知的上电时序错乱问题。这部分滤波电路部分完全按sfp
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dd协议要求滤波电路设计，在qsfp
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dd封装的大板上还专门按照协议增加0.5欧下拉电阻，所以还可以用来测试浪涌电流、电源容忍度等非常规测试指标。
27.如图8所示，j3
‑
j10为大板上差分对外接sma接头，其中四个（两对差分对）用来接收外部射频信号给到被测光模块，另外四个（两对差分对）用来发射光模块的射频信号出去。
28.如图9所示，u16为sfp
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dd插座上控制告警信号开关，连接u16开关的测试项均设有对应的测试点，用于拨动开关控制lowpwer、resetl、tx_disable等信号，指示灯显示fault和los告警信息，同时预留测试点通过插针引出来方便测试。
29.如图10所示，usb2为stm32小板上usb供电，u30为给mcu提供3.3v电压稳压芯片，多个并联的电容c38
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c42组成滤波电路。
30.如图11所述，u5为stm32f446单片机，在单片机u5外围设置有开关s1、s2，用于测试的开关及重置，swd控制接口，指示灯等。并且设置两个20pin的排针，用于与大板通信，实现光模块的控制与测试。
31.两个20pin的排针集成了iic通信、mdio通信、tx_disable控制管脚、速率切换控制管脚、lpmode控制管脚、resetl控制管脚、modsell控制管脚、小板电源上下电监控管脚vbus、los告警监控管脚、fault上报告警监控管脚、intl告警监控管脚、mcb大板电压、电流监控管脚等。兼容sfp\sfp \sfp
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dd\qsfp \qsfp28\qsfp
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dd等多种光模块封装结构的光模块金手指控制告警结构，这样就可以只需要一块stm32小板就可以控制如此多的封装形式的光模块，给后期实验室或者产线使用测试板节省不少成本。
32.如图13
‑
图15所示，本发明大板的pcb板材采用r5775(g)，材质采用编织网眼较小的1078玻纤布，为减少信号线的玻纤效应，最大限度地保证信号线的阻抗连续性，减少信号反射。本设计走线方式采用与板材成不同角度ω（0
°
≤ω≤45
°
）；并在pcb生产过程中将pcb图纸在板材水平方向上旋转16
°
。
33.本例的差分线1和单端线3周围设有一系列的伴随地孔2，并且，在单端线2端部伴随地孔2外围均设置有若干个过孔4。
34.由于过孔都存在寄生电容及寄生电感，其等效公式分别为：寄生电容：(ε为介质的介电常数，h为过孔的深度，d1为过孔的焊盘直径，d2为反焊盘（过孔的阻焊区)）。
35.寄生电感： (h为过孔的深度，d为过孔的钻孔直径)为减少信号线的寄生电容及寄生电感，本例信号线采用第二层走线，因此信号线过孔可采用激光孔，使得过孔的焊盘直径d1较小，且加大过孔的反焊盘d2为d1的两倍以上，可大幅降低信号过孔的寄生电容；同时也使h的深度降为最短从减少了过孔的电感效应,确保链路阻抗的一致性；且有效地控制了emi。另外，差分线对间的等长布线可有效确保差分线信号的相位的一致性。
36.为减少外部干扰，差分线及单端线周围围绕着伴随过孔gnd via。伴随过孔边沿间距到信号线边沿间距与差分线间间距一致，本例gnd via中心间距最大为20mil，此间距为，其中λ为电磁波在导体上的传播速度。
37.本例采用差分等长控制、每组差分线线长保持高度一致（线长公差小于1mil）确保时序的一致性，差分线间等长，以确保差分线传输信号间的相位一致，伴随地孔与差分线间边沿间距与差分线间边沿间距一致，减少了差分线的共模阻抗，从而减少信号的近端串扰，
伴随地孔中心间距小于λ/10，最大限度地减少信号的远端串扰。差分级采用第二层走线，减少了过孔的电感效应,确保链路阻抗的一致性，且有效地控制了emi（电磁干扰）。
38.以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。