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在当今的网络、电信甚至工业系统中传输高速信号的最佳方法是采用光纤模块和光纤电缆。设计工程师们正在开发能高速传输数据的铜线互连电缆和背板解决方案。当速度高达数Gbps以上，或者传输距离超过五米以上时，设计工程师必须解决光纤模块工程师面临的设计问题。本文将探讨光纤模块的电路设计，并讨论如何将这种电路应用到高速电缆互连和背板设计中。
图1为典型的小尺寸可插拔(SFP)光纤模块的内部电路。在该模块中，信号通过发送光学子装置(TOSA)被发送出去。TOSA由激光二极管驱动器芯片驱动，这个驱动器芯片须维持TOSA上的偏置电流，并迅速驱动激光二极管以传送代表数据的光脉冲。接收端为接收光学子装置(ROSA)，它由一个接收PIN二极管和一个跨阻放大器(TIA)组成。TIA将光能转换成电信号。
当光链路较长或者激光的输出功率较低时，ROSA上TIA输出端将出现小信号摆动，这时需要在TIA之后采用限幅后置放大器以对TIA信号进行可预测的放大，而不用考虑输入振幅。
图1：(a) 典型SFP模块的内部电路；(b) 光学模块电路的结构框图。
后置放大器的主要功能是以最低的噪声放大小信号，并为输出端提供标准逻辑电平。后置放大器可以传输峰峰值电压(以下提到的电压均为峰峰值)低至5mV的差分信号，并将放大为标准的CML或LVPECL逻辑电平。光学模块后面的高速串行芯片能可靠地对ROSA输入信号的“放大”电平进行解码。
当两个或更多机架需要采用铜线电缆进行连接时，信号振幅将发生衰减。衰减量取决于所用的铜线、信号速度和电缆长度。比如，RG-174同轴电缆的衰减量为1.3dB/米@1.5GHz。因此，10米电缆将产生13dB的衰减量。如果通过10米的RG178电缆在1.5MHz频率下发送400mV的差分信号，则输出为90mV。
LVDS、CML和LVPECL器件很难对低于100mV的信号进行解码。以10米的RG-174电缆为例，远端的信号将很难进行解码(即使有可能的话)。当通过电缆的信号频率增加时，允许的电缆长度随之缩短。因此，随着信号频率增加，传输前的400m的差分信号将迅速下降到100mV以下。
限幅后置放大器将输入信号可预知地重新放大至适当的CML或LVPECL电平，即使输入电平只有5mV。采用后置放大器的缺点是要用到信号检测(SD)或信号丢失(LOS)引脚。这种引脚会在信号丢失或者接收到有效信号时发出警告。可以调节该引脚来设置峰峰值电平，给出SD或者LOS指示，从而将诊断功能增加到高速系统中。图2给出了后置放大器的结构框图和执行功能。
图2：限幅后置放大器的结构框图和功能。
采用限幅后置放大器对传输距离达1米的背板解决方案(包括多个连接器和扩充卡)有好处。将后置放大器置于较远的目的位置，系统设计工程师能有效地清除被发送数据或时钟的故障眼图。然而，有时候故障眼图衰减很大，因此重现原始信号的唯一方法就是采用低噪声后置放大器。随着背板速度的不断增加，这种方法已变得越来越重要。
