基于千兆以太网的光远传接口模块硬件设计

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1、基于千兆以太网的光远传接口模块硬件设计　　摘要：千兆以太网（GigabitEthernet，GbE）是快速以太网（FastEthernet）的扩展，速率可达1000Mb/s。本文旨在以千兆以太网为基础，介绍一种光接口和有线远传接口的收发模块的硬件设计方法。本文首先介绍了光远传接口模块的功能并提出硬件设计理念、子模块设计思想，然后重点介绍原理图和PCB设计中所需处理的细节，最后还分析和高速信号在实际设计中所面临的问题及其解决方法。　　关键字：千兆以太网、光接口、有线远传接口、硬件设计、高速信号处理　　1绪言　　随着信息技术发展，现代军事通信领域对信道带宽的要求越来越高，传统的

2、百兆以太网（FastEthernet）逐渐无法满足图像信息传输等方面的要求。基于千兆以太网（GbitEthernet）的光纤信道的传输技术是实现和满足信道和网络环境需要的最好连接。　　光纤通道连接距离很远，可达到10千米，并具有优良的扩展能力，在其仲裁环路，最多可接126个设备，交换结构可连接1600万设备，而且可以提供更高的带宽，极大地满足了现代军事通信对存储、传输速度的要求。在加上它使用灵活、系统稳定等特点，使它的应用范围变得十分广阔。　　原本为光纤通道指定的标准GBIC（GigaBitInterface8Converter）光收发模块，因其自身的技术特点发展为支持千兆

3、以太网并且成为其事实上的接口标准，并在一定的时期内占据千兆数据设备市场。但随着用户对产品低成本、高的端口密度的要求，产生了SFF（SmallFormFactor）收发器，它使LAN系统光纤端口的密度比现有光纤网络部件提高了一倍。　　本文旨在设计一种基于千兆以太网的光接口和有线远传接口的收发模块，实现光信号到以太网信号、远传信号到以太网信号的转换和控制。　　2光远传接口模块介绍　　2.1光远传接口模块功能介绍　　光远传接口模块用于实现车通系统有线远传信号和光信号的接入、处理和转换功能，具有协议处理、数据交换、通信控制等能力，目前主要实现车内与车下之间的话音和数据通信。　　光远

4、传接口模块主要实现以下功能：　　1）光与电信号数据交换；　　2）有线远传协议处理；　　3）光信号、有线远传信号通信控制；　　4）10/100/1000M以太网接口自适应。　　2.2光远传接口模块硬件介绍　　光远传接口模块由以下部分组成：FPGA单元、光接口单元、有线远传单元、GbitPHY单元和管理接口单元。FPGA单元完成协议处理、信号接入、数据交换以及配置管理功能。光接口单元、有线远传单元实现光和远传信号的收发；GbitPHY单元实现10/100/1000M以太网接口的自适应以及收发功能；管理接口用于信令的交互与转发。8　　光远传接口模块具有两种工作模式，即光接口和有线

5、远传接口模式。这两种接口可以同时接入，但只会有一种模式：当光和远传接口同时接上时，模块工作于光接口模式下。　　2.2.1FPGA单元　　FPGA单元采用XILINX公司SPARTEN-3E系列的XC3S1600E芯片，选用320脚的BGA封装。XC3S1600E具有160万门，33192个逻辑单元，支持LVCMOS、LVTTL、HSTL等多种电平标准，最多可支持250个单端IO脚和90个差分IO脚，单个IO最大数据传输率为622Mbps。其核心电压为1.2V，IO电压为3.3V，2.5V辅助电压（必要时可根据需要使IO脚兼容2.5V电平）。　　扩展的PROMFLASH存储器

6、型号为XILINX公司的XCF08P，容量为8M字节，用于存放FPGA程序。　　FPGA主要完成以下功能：　　1）配置有线远传单元；　　2）有线远传模式下SHDSL/MAC的协议转换；　　3）PHY的初始化配置；　　4）PHY的工作模式切换；　　5）检测光接口单元的工作状态；　　6）控制信令的交互。　　2.2.2光接口单元8　　光接口单元采用SFF单模光信号收发器FTLF1319P1xTL，最高支持2.125Gbit/s双向链路数据，接收和发送光信号波长为1310nm。其采用单组3.3V供电，兼容CMOS/TTL电平，并支持1000BASE-LX，最高传输距离为10公里（采

7、用9/125um单模光纤）。　　2.2.3有线远传单元　　有线远传单元采用730厂的SHDSL-1A模块。最大传输距离为8公里（数据速率为125kbit/s），最高数据速率为8Mbit/s，误码率小于10-7。其具有主/从两种工作模式，并兼容TTL/CMOS电平，采用单路5V供电。　　2.2.4千兆PHY单元　　PHY采用BROADCOM公司的BCM5461芯片。该芯片是一款千兆MACtoPHY收发芯片，Copper模式下支持1000BASE-T、100BASE-TX、10BASE-T，Fiber模式下支持1000