基于Xilinx FPGA的千兆以太网及E1信号的光纤传输

文章摘要：图5 PMA、PCS内部结构框图PMA子层中集成了SERDES，发送和接收缓冲，时钟发生器及时钟恢复电路。SERDES是一个串并转换器，负责FPGA中本地的32位并行数据（也可以是16位或8位）与RocketIO接口的串行数据之间的转换。采用串行数据收发，可以在高频条件下很好地避免数据间的串扰。时钟发生器及时钟恢复电路用于将时钟与数据绑定发送，以及将时钟从接收到的数据流中恢复出来，从而避免了在高速传输条件下时钟与数据分开传输所带来的时钟抖动等问题。PCS子层负责8b/10b编码解码和CRC校验，并集成了负责channel绑定和时钟修正的弹性缓冲。8b/10b编码可以避免数据流中出现连0连1的情

基于Xilinx FPGA的千兆以太网及E1信号的光纤传输,标签：eda技术,eda技术实用教程,http://www.88dzw.com

　　图5 PMA、PCS内部结构框图

　　PMA子层中集成了SERDES，发送和接收缓冲，时钟发生器及时钟恢复电路。SERDES是一个串并转换器，负责FPGA中本地的32位并行数据（也可以是16位或8位）与RocketIO接口的串行数据之间的转换。采用串行数据收发，可以在高频条件下很好地避免数据间的串扰。时钟发生器及时钟恢复电路用于将时钟与数据绑定发送，以及将时钟从接收到的数据流中恢复出来，从而避免了在高速传输条件下时钟与数据分开传输所带来的时钟抖动等问题。

　　PCS子层负责8b/10b编码解码和CRC校验，并集成了负责channel绑定和时钟修正的弹性缓冲。8b/10b编码可以避免数据流中出现连0连1的情况，便于时钟的恢复。channel绑定通过在发送数据流中加入P字符来将几个RocketIO通道绑定成一个一致的并行通道，从而来提高数据的吞吐率。最多支持24个通道的绑定。弹性缓冲可以解决恢复时钟与本地时钟的不一致问题，并进行数据率的匹配，从而使得channel绑定成为可能。对Rocket IO模块的配置，可以通过下面两种方式进行：静态特性可以通过HDL代码设置；动态特性可以通过RocketIO的原语端口进行配置。

　　2 时钟合成器

　　在实际设计中，高性能的通信质量要求有高稳定性和高精度的时钟源，而抖动和频偏是衡量时钟源的两个重要指标。RocketIO内部的工作时钟需要将输入时钟经过数十倍的倍频，但其可容忍的时钟偏差为40ps，因此建议选择高精度的差分时钟。当RocketIO在2.5Gb/s以上时，参考时钟应采用差分输入方式（例如LVDS、LVPECL），由专用差分时钟引脚输入，然后引到相同或相邻通道中RocketIO的参考时钟输入端；当RocketIO在2.5Gb/s以下时，不要使用FPGA内部的DCM模块来产生参考时钟，因为经过DCM倍频的时钟会引入较大的抖动，使RocketIO的接收锁相环无法稳定地锁定发送时钟。

　　当高精度时钟输入到FPGA中后，吉比特发送器对参考时钟输入管脚REFCLK的信号完成20倍倍频操作后，来作为自己的工作时钟。同样，该倍频器已集成在芯片中，不需要额外的组件。RXRECCLK和REFCLK二者之间没有固定的相位关系，且都为专用时钟信号，不能连接到其他管脚上作为他用。当使用4字节或1字节数据接收路径时，RXUSRCLK和RXUSRCLK2具有不同的频率，但是频率低的时钟下降沿要和频率高的时钟下降沿对齐。同样的关系也适用于TXUSRCLK和TXUSRCLK2信号。

　　Rocket IO采集数据的同步时钟则是通过时钟/数据恢复电路来提取的，该电路由一个单片的PLL集成块实现，不需要任何外部组件。恢复电路从接收的数据流中提取出时钟的频率和相位，并通过20倍分频后送到输出管脚RXRECCLK上。

　　时钟和数据恢复器：如果没有数据存在，时钟/数据恢复器（CDR）电路会自动锁相到参考时钟上。为了使操作达到最优性能，参考时钟的精度必须在100×10-6之内。同时要满足供电系统的低噪声。如果有数据，则恢复电路会自动同步锁相到输入数据上。

　　发送器：发送器模块包括发送接口、8b/10b编码器、不均匀控制、发送FIFO、串行器、发送终端以及预加重电路。

　　接收器：接收器模块主要包括解串器、接收终端和8b/10b解码器。

　　光接口单元

　　光接口单元主要包括光发射模块和数字光接收放大器模块。它们的功能分别是将电脉冲信号变换成光脉冲信号和将接收到的衰减变形的微弱光脉冲信号通过光/电转换成电脉冲信号。光发射模块把符合数字光纤通信系统传输性能要求的光脉冲波形从光源组件的尾纤发射出去。光接收放大器模块由PIN+FET和放大电路组成。它将微弱光脉冲信号经O/E转换，并给予足够的放大，还原成原来的数字脉冲信号。

　　本设计选用飞通2.5Gb/s光模块,中心波长1550nm。传输距离可达40km。参考电路如图6所示。

　　图6 与光模块连接示意图

　　结束语

　　本文设计的基于Xilinx FPGA的千兆位以太网及E1信号的光纤传输系统采用Xilinx XC5VLX30T芯片，通过以太网测试仪和数据误码仪对本系统分别进行性能测试，测试结果满足设计要求，系统工作稳定。从而实现了千兆位以太网信号和E1信号的接入功能，为用户搭建了一个大容量、多业务的传输平台。

上一页  [1] [2] [3]