通信工程文献综述 光纤收发器设计

文献综述

题目:以太网光纤收发器系统设计

英文题目:The System Design of the Ethernet Optical Fiber transceiver

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二O一二年六月

文献综述

题目：以太网光纤收发器系统设计

摘要：

伴随着近年来光纤技术的飞速发展,基于光纤的网络产品应用的广泛使用,市场迫切需要实现光电介质转换的快速以太网光纤收发器。以太网光纤收发器通过把原先在非屏蔽双绞线上传输的电信号转换成在光纤上传输的光信号，从而大大的延伸了以太网的连接距离。

本文主要设计了一个以太网的光纤收发器，其中光接口满足IEEE802.3u100B ASE-FX标准，电接口满足IEEE802.3 10BASE-T和IEEE802.3u100BASE-TX，所以能灵活地满足局域网用户和网络系统集成商的各种组网需求。以太网光纤收发器的设计包括系统总体设计、元器件的选择、各功能模块的配置、电路的设计以及系统的总体测试这几个方面。

关键词：光纤收发器; 光电介质转换芯片; 电接口模块

引言：

人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置。但是传统的5类线电缆只能将无中继的以太网电信号传输100米，在传输距离和覆盖范围方面已不能适应实际网络环境的需要。与此同时，光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继传输距离长等优点在广域网等大型网络中得到了广泛的应用。

随着光纤通信技术的发展，光进铜退的大力进展，很多用户开始考虑用“光纤到桌面”来替代水平布线系统中的铜缆方案。但是完整地考虑一个光纤到桌面的解决方案，不仅要有光纤信息出口和光纤配线箱，还需要价格昂贵的光纤网卡和光出口集线器，这使整个系统的成本大大提高。而一种经济有效的实现光纤到桌面的方法是使用光纤收发器（即光电介质转换器）。光纤收发器是一种透明传输的光电介质转换设备，不仅能大大简化局域网的升级，而且可以保护原有铜缆LAN设备的投资，因此成为当前市场迫切需要的设备之一。

正文：

课题背景与意义：

光纤收发器在数据传输上打破了以太网电缆的百米局限性，依靠高性能的交换芯片和大容量的缓存，在真正实现无阻塞传输交换性能的同时，还提供了平衡流量、隔离冲突和差错检测等功能，保证数据传输时的高安全性和稳定性。因此在很长一段时间内光纤收发器产品仍将是实际网络的组建中不可缺少的一部分。

本次毕业设计是一个10M以太网光纤收发器的系统设计，目的是解决光纤到桌面的方案，从而实现光纤的最后一段到网络设备的连接。

课题相关技术

以太网光纤收发器包括三个基本的功能模块：光电介质转换芯片、电接口模块和光收发模块。

本次设计的元器件选择为：光电介质转换芯片----ML4664；电接口模块芯片---SF1301，下图为本设计总体原理图框架。

图1系统总体设计原理框图

a）光电介质转换芯片ML4664实现10Base-T的双绞线到10Base-F光纤介质的转换；

b）光收发模块RTXM15-14是与光纤介质的接口模块，从ML4664输出的光信号通过这个模块，这个模块是用户的光口；

c）模块SF1301将RJ-45的电信号耦合至光电介质转换芯片，同时进行低通滤波；

d）电源部分的设计由于ML4664需要数字电源和模拟电源，所以，在电源部分专门分出了数字电源和模拟电源两个部分。

整个工作流程如下：

光信号到电信号的转换：光送入RTXM15-14，由RTXM15-14将光信号进行一系列的处理，送入ML4664，在ML4664中进行一系列处理后，再经SF1301进行低通滤波，最后接入RJ-45，完成光信号到电信号的转换过程；

电信号到光信号的转换：电信号通过双绞线接入RJ45，电接口模块SF1301将RJ-45的电信号耦合至光电介质转换芯片，同时进行低通滤波，在ML4664中实现电信号和光信号的转换，光信号送入RTXM15-14，进行一系列处理后，送入光纤传输；

RTXM15-14和主芯片ML4664之间的差分信号的传送，采用交流耦合，即通过电容C27、C28连接，这样就可以隔离两边的直流电平，使得RTXM15-14和主芯片ML4664可采用不同的直流电平偏置方案。需要注意的是，在ML4664光信号的输出端，只有一个引脚OPOUTP，而光收/发一体化模块的输出脚却要求一对差分信号TD和/TD，这时可将光收/发一体化模块的TD脚接上固定直流电平，而另一个/TD脚通过电容耦合接上ML4664的OPOUTP脚。

课题功能实现

一种粗略判断误码性能的简便方法是通过示波器观察输出眼图。具体测试配置见下图。图案发生器是一个统称，他接入被测设备的输入口，实际使用的仪表类型与被测设备输入口的等级有关。在测试过程中，事先应设计出125MHz的伪随机序列发生器直接作为图案发生器。。

总结

本课题所设计的光纤收发器完成的功能较简单。而现在的光纤收发器的设计技术正在飞速发展。目前，随着我国信息化基础设施的进一步完善和发展，光接入网技术必将得到广泛的发展。光纤收发器作为目前在接入网中获得广泛应用的一类产品，具有很大的市场前景和经济价值，光通信技术应用的范围越来越广，而不同应用对收发器又有各种各样不同的要求，正是这些要求刺激了光收发器的发展。这就需要不断发展相关技术满足这种应用需求。相信今后的光纤收发器会朝着高智能、高稳定性、可网管、低成本的方向继续发展。不断完善和提高其性能和功能必将使光纤通信技术进入一个新的领域。

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