论文研究-EPON网络节点的设计与实现 .pdf

所需积分/C币:5 2019-08-16 14:45:39 799KB .PDF
0
收藏 收藏
举报

EPON网络节点的设计与实现,熊文凯,王宏祥,作为光通信领域中最具有发展前景的技术之一,EPON正以极快的速度占领接入网市场,吸引了众多设备厂商和宽带用户的眼球。本文设计��
山国武获论文在丝 http:/www.paper.edu.cn C118 C℃5 30丁 PH vI PH 2 nH K PH VCC L2 2 VSENSE 324d325 RINCLK COMP SS/IR LEDO 32 3.inF GND PWRGD BT VIN PH VIN 27K Ⅴ SENSE RTCLK COMP C141 SSTR STK 3会 GND PWRGD BOOT VIN PH R33 127K VSENSE C150 SS/TR 丰8 G\D GND 图2电源部分原理图 Fig 2 Schematic of power section 122FPGA部分设计 FPGA是现场可编程门阵列的英文缩写,是专用集成电峰中密度最高的一种-。FPGA 具有可重复编程,信号处理能力强等优点,成为了可编程电路的首选。正是由」FPGA具有 上述优点,在EPON网络节点电路的设计中我们采用FPGA作为我们信号发送、接收、处 理的核心。通过对FPGA进行编程,我们可以使用电路板完成EPON协议的实现。FPGA部 分的原理图如图3所示 山国武获论文在丝 http:/www.paper.edu.cn BANK S BANK 6 BANK X B5-¥21-5lp BS-AA21Sg b B-J21-2 B6-C20-Sa B8E10-2 B&-GII-Sy B5.Y22.5la B22如 B8D|026n BRAS B51950 B5.W2DS B6-K19-VREI BX- BIO- BEII B5U20501 B5-P17-S B22-22n B8A10-25 B8-Fy BS.W21-49p B5-R20-5g B8-B9 B5W2249n HS-NI6-S8 B6-HIS-VREF BE-KI7-20n B6-D20-VREF B8.A9.24n BsP15-46 B5-W19-VREF B6-F21-18 B6F22-18 B8-A8-20n B5V2|45p B5-R17-VRER B6-H19-13p B8B7-19 BS-BS-VREl B5-v21-45n BS-P20-VREF B6-H0-13n B8A7-19 B%.DG-VREF B5-U2143p BS-MIE-VREF B6-Hl6-10p B6-G21-CLK2p B&-Bb-l8p B5U22430 B5-117-RUP3 B6J17-10 B6.-G22-CLK2n B8-A6-18n B5R1942p B8C7-16 B5-R18-42n BS.TI8-RDN3 BD2|9 BD22-9 B8- CR-I B5-R21-39p B6-F19- p B8H-】4 B8BLCK中 B5R2239n B6-F208n BX-HIl-14n Bx.All-CLKAn B5P2-38p B6H77 B8-FIC-%p B5-P22-38D B6-G18-7n B8-G0-8n op 35-N203 BS-T2I-CLK3p 8Cb-7 226 BS.NI833 BS.T22-CLK3n B6-B21.Sp BX-B44 B5-N17-33n B6-B22-5n B5-M213p B6G17 B&&-5p B5M2231n BA-F172n B8-F8-5m B5M1930 B8-B34 B5-M20-30n EP4CE-40 B%-A3-4n B8-C4-3 FPCEAO B8. C3.3n B8-G7-Ip B8-F7-Im 图3FPGA部分原理图 Fig 3 Schematic of FPGa scction 123PHY部分设计 FPGA具有非常强大的数据处理能力,但是处理信号速率较低,FPGA输出的串行信号 75最高速率只能达到200M左右。本文中使用的FPGA信号输出速率为125M,使用的PON 模块速率高达1.25Gε我们将信号采用并行输岀的方式从FPGA中输出,在FPGΔ后端连接 个PHY芯片,实现并串转换的功能,将处理后的串行信号输入光模块。PHY芯片根据不 同协议有个同的款式。本文中为了实现EPON系统,使用的是10x125M格式的PHY芯片 PHY部分的原理图如图4所示 LK221 RDI RDS PHY TDy RD& RD9 PHY RD9 TXN ′RBCI RXP PHY REFCLK HY RXN RXN 0ac58ZE REFCLK VCC SPEC 2.5 GND 时时时 GND GND 图4PHY模块原理图 Fig 4 Schematic of PHY section 4 山国武获论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 124光模块部分设计 光模块是EPON网络节点电路屮不可缺少的一部分,光模块的工作原理是光电子之间 85的能级跃迁效应,通过使用光模块可以将传统的电信号转化为光信号。光信号县有抗干扰能 力强、传输距离远、多波长间互不干扰等优点。本文中使用的光模块是SFP封装的FPON 光收发模块,速率为1.25G。SFP模块有20个管脚。各管脚的定义如表1所示 表1SFP模块管脚定义 ab I SFP module pin detinition Veel 20 Veel TX Fault 19 TD TX Disable 18 TD+ MOD-DEF2 17 MOD-DEFI 16 VccT MOD-DEFO IS VCcR 7 Rate select 14 VeeR LOS RD VeeR 12 RD 10 VeeR YeeR 光模块部分的原理图如图5所小。 MOUDEF2 PHY RXP MOD-DEFT RD+ MOD-DEFO VCC OP 3.3 D luF VccR GND 8SHL-COBLM_INDUC OUr PHY RXN vecT GND GND GND GND DI PHY TXP TX Disable TD+ TX Fault TXFAULT D. luF Rute sclect vvv VeeT VeeT TD. VeeT DIuF Optical module 图5光模块部分原理图 Fig 5 Schematic of optical module section 山国武获论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 952PCB设计 21电源部分PCB设计 在第·节中我们殂调过电源部分对电路板设计的重要性,除了在原理图设计中需要对电 源部分进行细致的设计之外,在PCB布线时也有些原则需要遵守。设计高速电路板的时候, 对电源部分需要尽量遵守以下规则 1001)在条件允许的情况下,电源层和底层要尽量分开。应该尽量使用专门的电源层对电路板 进行供电,并使用专门的地层作为整个电路板的公用地。如果一层中同时出现了电源和 地,需要进行合理的隔离,并对相应的部分进行网孔处理以实现电流均衡,降低噪声 2)电源部分的布线尽量宽,保证电流的稳定。电源走线尽量不出现拐弯,如果有特殊情况 必须婆拐弯时应尽量使用钝角和圆弧,休证供电的连续性,减少毛刺。 1053)电源过孔应该尽量大些,在条件允许的情况卜可以在过孔处加上滤波电容,保让电源低 噪声。如果有晑频部分,需要用地线将晑频部分包围起来,减少高频噪声串扰。 22高速信号部分PCB设计 高速信号走线设计的好坏将极大影响高速信号的性能,对信号稳定性、误码率具有非常 重要的意义。高速信号布线需要遵守以下规则 1101)为了减少噪声干扰,高速信号传输时应尽量减少过孔的使用。 2)所有并行信号的走线长度都应该严格相同,保证正确的时序 3)所有并行信号的走线路径都应该尽量保持垂直,保证并行信号之间串扰尽量小。 4)由于高速信号的特殊性,在不显示要仃细去人走线的阻抗匹配问题 5)信号走线不能岀现急转弯,尽量使用钝角和圆弧代替 115 参考上述的PCB设计规则,我们最终设计的PCB布线如图6所示。 引 a 日H每 图6EPON网络节点PCB设计 Fig. 6 The PCB dcsign of EPON nctwork nodc 120 山国武获论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 3实验测试 在第二节中我们介绍了高速可编程电路板的设计思路和整体结构,在第三节中我们介绍 了PCB布线的原则,我们最终设计制作出的EPON节点印制电路板如图7所小 图7EPON网络节点实物图 Fig. 7 The photo of EPON network node 为了检测髙速可编程电路板的发射和接收信号的功能,我们采用光模块对传的方式对电 130路板性能进行测试。实验结果如图8、9所示。 lg2013224122932# do to ncert tme bar Type Alias REFCLK co RBC1 Dcs 4- state d X助349 X 16h X 17h X 1& X 1gh X 1Ah X IBh X 1Ch X 1Dh PRBSEN 图8FPGA发送信号图 ig. 8 Signals scnt by thc FPGA kg20132241232:180 Type Aias 114151 SYNC D (7ChX3ADO81nX372 Ce 1234567810(2((415i6_1x enable b el T (83h7cn233hX17CnE83X170283hX17CD283hX7ChX2283nX1702830X( 170 test data BO)BnCIh 1n 15 16n 1/h X 187X X 1An 18n X 1cn 1n X 1En 1 n XX 2n X z3hX o E test data.d Drmn' 1h(12m 13h 14n(Ish C 16h X 17m X 16h) 19h 1 An TBn io) ich 1Bn Ifh X 20n X 2Th 2zh 135 图9FPGA接收信号图 Fig 9 Signals received by the FPGa 通过对比FPGA发送和接收的信号,我们可以对电路板进行误码率测试,通过长时间伪 140随机序列测试,电路板的误码率达到了10-以下,此结果能够满足一般商用设备的要求。 山国武获论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 使用光谱仪对光模块发光光谱进行测试,结果如图10所示。可以看到,EPON网络节 点可以使模块正常发光,光谱中心波长、边模抑制比、平均光功率能满足一殷商业需求。 AOpticalSpectrum Analyzer 1290980nm 1292340 BA 13060 nm 03/3 dBm 41 424 dBm C-D 41051d Threshol Res: 1.0nm (Actual 0.957 nm) Smplg 501pt SwpAwg 200d8 VBW: 1MHr ndB Logs SMSR 0.2d Bn Envelope 235 248d Bm 0dB d -9 8d Bm 1230 2.34 nm/div 1 29500 nm 130670nm Wave Level ReR/VEw/ Peak/Do Tc稳 Appli 图10光模块输出信号光谱 145 Fig 10 Spectrum of optical module output signal 使用光示波器可以对光模块输出光信号质量进行测试,结果如图11所示。可以看到, EPON网终节点可以使模块正常工作,光信号眼图良好,信号噪声较小 图11光模块输出信号眼图 l50 Fig 11 Diagram of optical module output 4结论 本文给出了基于FPGA和光模块的EPON网络节点的设计与制作方法,详细介绍了电 路板的设计方案,其中包括各部分工作原理的介绍和关键尜件的选型分杌。实际测试结果表 明,通过严谨的原理设计和PCB布线,本文所设计制作的EPON节点在信号质量、信号速 155率、误码率、稳定工作时间上均基木达到了商用需求。木文最终实现了结构简单,可靠性高, 应用场景广阔的EPON网络节点,达到了预期的目的。 参考文献( References) L!张继东,陶智勇.FPON的发展现状与关键技术小光通佇研究,2002,1:26 l6012」侃.吉比特无源光网终用光模块的硏究LD」哈尔滨:哈尔滨「业大学,200 杨春梅基于FPGA心片的100M光以太网自适应技术的设计与实现[D成都:成都理大学,2013 [4]杨海钗,扒嘉斌,王慰FPGA器件设计技术发展综述[.电子与信息学报,2010,32(3):714-727 [S]董强,倪健,刘厶,等.PCB的布线设计及抗干扰技术[,舰船科学技术,20 06,28(2):57-59 1656]周芸,柯敏毅.高速PCB板设计研究通信电源技术,200,2:23-26

...展开详情
试读 8P 论文研究-EPON网络节点的设计与实现 .pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
weixin_39840588 你的留言是对我莫大的支持
2019-08-16
上传资源赚积分or赚钱
    最新推荐
    论文研究-EPON网络节点的设计与实现 .pdf 5积分/C币 立即下载
    1/8
    论文研究-EPON网络节点的设计与实现 .pdf第1页
    论文研究-EPON网络节点的设计与实现 .pdf第2页

    试读结束, 可继续读1页

    5积分/C币 立即下载 >