基于FPGA的雙向多路信號光纖傳輸組件設(shè)計
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由圖3可知，軟件結(jié)構(gòu)主要包括成幀／解幀、CRC校驗、8B／10B編解碼、優(yōu)先選擇與控制、輸入輸出緩存等。成幀／解幀實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的封裝／解封裝，用于信源編碼，本設(shè)計采用CRC(循環(huán)冗余校驗)的目的是減少誤碼率，提高通信質(zhì)量，在發(fā)送數(shù)據(jù)時由生成多項式計算出CRC值并隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送給接收端，接收端對收到的數(shù)據(jù)重新計算CRC并與收到的CRC相比較，若兩個CRC值不同，則說明數(shù)據(jù)通訊出現(xiàn)錯誤。8B／10B編碼／解碼用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)在光纖上的最優(yōu)傳輸。8B／10B編碼將8 bit代碼組合編碼成10 bit代碼，代碼組合包括256個數(shù)據(jù)字符編碼和12個控制字符編碼。通過仔細選擇編碼方法可以獲得不同的優(yōu)化特性。這些特性包括滿足串行／解串行器功能所必須的變換；確保“0”碼元與“1”碼元個數(shù)一致，又稱為直流均衡，確保字節(jié)同步，以及對誤碼率有足夠的容忍能等。本組件8B／10B編碼可分為3B／4B和5B／6B進行編碼。解碼部分依照編碼時相同的方法將10位數(shù)據(jù)分為4B和6B分別解碼，程序以483B、685B分別查表的方式實現(xiàn)解碼。解碼后再按順序組合成8位數(shù)據(jù)。由于要實現(xiàn)多路信號傳輸以及光纖信號的雙向傳輸，采用一些緩存與控制邏輯用于協(xié)調(diào)并控制各模塊的工作。優(yōu)先選擇與控制的作用是將確立脈沖、數(shù)據(jù)和電壓三種信號傳輸?shù)膬?yōu)先級，本組件設(shè)定優(yōu)先級為脈沖信號第一，其次為數(shù)據(jù)信號，最后是電壓信號。只要檢測到脈沖信號的高電平跳變，便根據(jù)優(yōu)先選擇和控制模塊，中斷當前的光纖傳輸數(shù)據(jù)，對其脈沖信號立即進行傳送和接收。同樣在控制端也根據(jù)優(yōu)先原則，將脈沖信號在第一時間內(nèi)通過FPGA傳輸出去，當脈沖信號傳送完畢后，再處理其他信號的傳輸。
3 電路設(shè)計及實驗
3．1 主要電路設(shè)計
本節(jié)將介紹主要電路的設(shè)計，包括光驅(qū)動電路設(shè)計和光檢測電路設(shè)計。
光驅(qū)動電路用于將電信號轉(zhuǎn)換為光信號以便通過光纖實現(xiàn)傳輸，設(shè)計的光驅(qū)動電路如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/189723.htm
在圖4中，U1是工作電壓為3．3V帶有自動功率控制的激光驅(qū)動器，能將輸入的PECL信號轉(zhuǎn)換為激光器工作需要的TTL信號，BIAS是激光器的偏置電流輸出腳、BIASMAX用來設(shè)置激光器的最大偏置電流，用于保護激光器免遭過電流燒壞；MODSET用來設(shè)置調(diào)制信號的電流，通過設(shè)置APCSET到地的電阻可以得到需要的平均光功率，MD用于監(jiān)測流過探測器的電流，將檢測到的電流作為反饋量送給激光驅(qū)動器用來調(diào)節(jié)偏置電流的大小。
電信號經(jīng)光驅(qū)動電路變換為光信號就可通過光纖實現(xiàn)傳輸，光接收電路用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，典型的光接收電路主要包括光探測器、跨阻放大器(TIA)和限幅放大器(LA)。雙向多路信號光纖傳輸組件采用的光接收電路如圖5所示。
圖5探測器選用APD型光探測器，用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)探測器轉(zhuǎn)換得到的電信號是微弱信號，需要通過跨阻放大器轉(zhuǎn)換為一定幅值的電壓信號，圖5中U2就是實現(xiàn)這樣的功能。圖5中U3是限幅放大器，其作用是限制上升沿、下降沿過沖，并放大信號以利于后續(xù)處理。
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