針對GPON突發(fā)模式接收器的低功耗FPGA方案

　　理想的BMR

　　如前所述，為了處理上行通路的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，BMR必須滿足一組特定的要求。理想的BMR應(yīng)有非常快的鎖定時(shí)間，支持高速串行數(shù)據(jù)速率，同時(shí)又保持最小的尺寸和最小的功耗。傳統(tǒng)的BMR已提供了針對GPON的數(shù)據(jù)速率，但在成本、功耗和電路板的面積方面做了一些折衷。另外一方面，過去FPGA提供靈活性和很高的集成度，但這些FPGA的SERDES不能滿足GPON所要求的鎖定時(shí)間和數(shù)據(jù)速率的要求。理想的解決方案取決于BMR和FPGA。現(xiàn)在的解決方案是目前FPGA的I/O能力。這些編程平臺的獨(dú)特功能是在每個(gè)引腳上端接上行PON通路，與傳統(tǒng)的BMR器件相比較，提供了節(jié)省成本和可升級的解決方案。目前使用的最普通的方法是用FPGA采樣輸入數(shù)據(jù)。

　　這個(gè)方法所關(guān)注的是性能和功耗。FPGA對PON終端提供了另外一種方法，這種FPGA是LatticeSC系列。這些器件通過合并每個(gè)I/O內(nèi)的特殊邏輯來應(yīng)對BMR的挑戰(zhàn)，可動(dòng)態(tài)地適應(yīng)不同的線而無需使用FPGA邏輯。

　　如圖2所示，嵌入在每個(gè)I/O中的是輸入延時(shí)塊（INDEL）和自適應(yīng)輸入邏輯（AIL），動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償時(shí)序相位變化，使每個(gè)引腳的速度達(dá)2Gbps。終端的結(jié)果是完整的I/O系統(tǒng)，支持快速鎖定時(shí)間和傳統(tǒng)BMR的性能，但具有很高的集成度，而且是低功耗的編程平臺。

　　如何進(jìn)行AIL相位修正

　　傳統(tǒng)的BMR使用時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）在OLT中產(chǎn)生上行采樣時(shí)鐘。如前所述，用于GPON應(yīng)用的時(shí)鐘方法要求專用的大功率電路，以滿足挑戰(zhàn)性的速度和上行通路的鎖定時(shí)間要求。因?yàn)镚PON的物理層是基于現(xiàn)有的TDM設(shè)備，GPON其本身的性質(zhì)是時(shí)間環(huán)，意為在OLT本地的參考時(shí)鐘可以作為參考時(shí)鐘來采樣輸入數(shù)據(jù)。AIL利用這個(gè)本地OLT時(shí)鐘源產(chǎn)生本地的625MHz時(shí)鐘。這個(gè)時(shí)鐘用來對輸入數(shù)據(jù)采樣，對連續(xù)突發(fā)模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)延時(shí)，端接多個(gè)ONU時(shí)補(bǔ)償上行通路的相位變化。

　　128個(gè)抽頭的延時(shí)（每個(gè)45ps）使能多個(gè)輸入數(shù)據(jù)的連續(xù)周期，在延時(shí)鏈路中任何時(shí)間都能進(jìn)行采樣。自適應(yīng)輸入邏輯（AIL）監(jiān)控這個(gè)輸入數(shù)據(jù)的多個(gè)采樣，動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)鐘，數(shù)據(jù)相位關(guān)系，直到找到有效的采樣點(diǎn)。含有數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換、抖動(dòng)和噪聲的輸入數(shù)據(jù)信號通過延時(shí)鏈路。于是AIL通過延時(shí)鏈滑動(dòng)捕獲窗，根據(jù)單獨(dú)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換尋找穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。一旦發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，AIL將繼續(xù)監(jiān)控輸入和數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償由于工藝、電壓和溫度而引起的低頻抖動(dòng)，漂移和變化。用延時(shí)鏈建立數(shù)據(jù)的多個(gè)復(fù)本的新方法提供了比用高速時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù)功耗低的解決方案。圖3為對AIL方法的觀察。

　　AIL窗用來從延時(shí)鏈獲取采樣數(shù)據(jù)。這個(gè)窗含有邊沿檢測寄存器和中心抽頭采樣寄存器。中心抽頭寄存器是采樣到數(shù)據(jù)的實(shí)際寄存器，隨后再送到FPGA。邊沿檢測寄存器是窗的“眼睛和耳朵”，因?yàn)槠浞答佁峁┝诉M(jìn)行研究算法的信息。在最大的窗，采樣寄存器的每個(gè)邊有4個(gè)邊沿檢測寄存器。圖4展示了AIL窗的寄存器分布和窗的大小。