基于Xilinx FPGA的千兆以太網(wǎng)及E1信號(hào)的光纖傳輸
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2 時(shí)鐘合成器
在實(shí)際設(shè)計(jì)中，高性能的通信質(zhì)量要求有高穩(wěn)定性和高精度的時(shí)鐘源，而抖動(dòng)和頻偏是衡量時(shí)鐘源的兩個(gè)重要指標(biāo)。RocketIO內(nèi)部的工作時(shí)鐘需要將輸入時(shí)鐘經(jīng)過數(shù)十倍的倍頻，但其可容忍的時(shí)鐘偏差為40ps，因此建議選擇高精度的差分時(shí)鐘。當(dāng)RocketIO在2.5Gb/s以上時(shí)，參考時(shí)鐘應(yīng)采用差分輸入方式（例如LVDS、LVPECL），由專用差分時(shí)鐘引腳輸入，然后引到相同或相鄰?fù)ǖ乐蠷ocketIO的參考時(shí)鐘輸入端；當(dāng)RocketIO在2.5Gb/s以下時(shí)，不要使用FPGA內(nèi)部的DCM模塊來產(chǎn)生參考時(shí)鐘，因?yàn)榻?jīng)過DCM倍頻的時(shí)鐘會(huì)引入較大的抖動(dòng)，使RocketIO的接收鎖相環(huán)無法穩(wěn)定地鎖定發(fā)送時(shí)鐘。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/187890.htm
當(dāng)高精度時(shí)鐘輸入到FPGA中后，吉比特發(fā)送器對參考時(shí)鐘輸入管腳REFCLK的信號(hào)完成20倍倍頻操作后，來作為自己的工作時(shí)鐘。同樣，該倍頻器已集成在芯片中，不需要額外的組件。RXRECCLK和REFCLK二者之間沒有固定的相位關(guān)系，且都為專用時(shí)鐘信號(hào)，不能連接到其他管腳上作為他用。當(dāng)使用4字節(jié)或1字節(jié)數(shù)據(jù)接收路徑時(shí)，RXUSRCLK和RXUSRCLK2具有不同的頻率，但是頻率低的時(shí)鐘下降沿要和頻率高的時(shí)鐘下降沿對齊。同樣的關(guān)系也適用于TXUSRCLK和TXUSRCLK2信號(hào)。
Rocket IO采集數(shù)據(jù)的同步時(shí)鐘則是通過時(shí)鐘/數(shù)據(jù)恢復(fù)電路來提取的，該電路由一個(gè)單片的PLL集成塊實(shí)現(xiàn)，不需要任何外部組件?；謴?fù)電路從接收的數(shù)據(jù)流中提取出時(shí)鐘的頻率和相位，并通過20倍分頻后送到輸出管腳RXRECCLK上。
時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)器：如果沒有數(shù)據(jù)存在，時(shí)鐘/數(shù)據(jù)恢復(fù)器（CDR）電路會(huì)自動(dòng)鎖相到參考時(shí)鐘上。為了使操作達(dá)到最優(yōu)性能，參考時(shí)鐘的精度必須在100×10-6之內(nèi)。同時(shí)要滿足供電系統(tǒng)的低噪聲。如果有數(shù)據(jù)，則恢復(fù)電路會(huì)自動(dòng)同步鎖相到輸入數(shù)據(jù)上。
發(fā)送器：發(fā)送器模塊包括發(fā)送接口、8b/10b編碼器、不均勻控制、發(fā)送FIFO、串行器、發(fā)送終端以及預(yù)加重電路。
接收器：接收器模塊主要包括解串器、接收終端和8b/10b解碼器。
光接口單元
光接口單元主要包括光發(fā)射模塊和數(shù)字光接收放大器模塊。它們的功能分別是將電脈沖信號(hào)變換成光脈沖信號(hào)和將接收到的衰減變形的微弱光脈沖信號(hào)通過光/電轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。光發(fā)射模塊把符合數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸性能要求的光脈沖波形從光源組件的尾纖發(fā)射出去。光接收放大器模塊由PIN+FET和放大電路組成。它將微弱光脈沖信號(hào)經(jīng)O/E轉(zhuǎn)換，并給予足夠的放大，還原成原來的數(shù)字脈沖信號(hào)。
本設(shè)計(jì)選用飛通2.5Gb/s光模塊,中心波長1550nm。傳輸距離可達(dá)40km。參考電路如圖6所示。
圖6 與光模塊連接示意圖
結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)的基于Xilinx FPGA的千兆位以太網(wǎng)及E1信號(hào)的光纖傳輸系統(tǒng)采用Xilinx XC5VLX30T芯片，通過以太網(wǎng)測試儀和數(shù)據(jù)誤碼儀對本系統(tǒng)分別進(jìn)行性能測試，測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。從而實(shí)現(xiàn)了千兆位以太網(wǎng)信號(hào)和E1信號(hào)的接入功能，為用戶搭建了一個(gè)大容量、多業(yè)務(wù)的傳輸平臺(tái)。
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