基于FPGA的光纤传输系统的设计与实现
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Ｍ ＧＴＡＶ Ｉ ＴＲＸＣ
接于
Ｍ Ｔ ＶＩＸ Ｇ Ａ Ｔ’ Ｒ
Ｇ Ｐ电阻校准 和旁 Ｔ
路 电路供 电
图 ３ＳＦＰ 封 装 型 光 模 块
Hale Waihona Puke Baidu
Ｇ Ｐ共享 Ｐ Ｌ和时 Ｔ Ｌ Ｍ Ｔ Ｖ Ｃ Ｌ １ Ｖ独立供应 Ｇ Ａ Ｃ ＰＬ ． ２ 钟路 由供 电
Ｍ ＴＶ Ｃ Ｇ Ａ Ｃ
本 系 统设 计 Ｇ Ｐ模 块 输 入数 据 宽度 为 ｌ Ｔ ６位 ， 经 ８ ／０ Ｂ １Ｂ编码 ， 并行数 据宽度 为 ２ ０位［输 入时钟频 率为 ３ １ ， １０ ｚ ， ＭＨ 时 实现速率 ２ ｂ ｓ ０ Ｇ ｐ 的光纤传输 ； 输入时钟频率 为 １０ Ｈ 时 ， ５ Ｍ ｚ 实现速率 ３ ｂ ｓ Ｇ ｐ 的光纤传输 。 Ｔ Ｇ Ｐ差分输 出端和接收端均 由 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ专用引脚 与光模块连接 。在光
Ｇ Ｐ模块 的其他时钟 ，需使 用 Ｄ Ｍ时钟管理模块 Ｔ Ｃ
图 ４光模 块 连 接器 与 安 装 笼 子
进行设计。 Ｔ Ｇ Ｐ模块共享时钟锁相 电路稳定之后 ， 可以利
光转换 ， 通过光纤进行数据传输 。光模块 与 Ｐ Ｂ板 的连 Ｃ
线 如图 ５的电路所示 。光模块的供 电线路需进行滤波设 计， 以减少干扰。
输系统 。所选光模块如 图 ３ 所示 。
表 １Ｔ Ｐ供电引脚介绍 Ｇ 供 电引脚 供 电电压 描述 Ｍ Ｔ ＶＩＴ １ Ｖ独立供应 Ｇ Ｐ发送端供 电 Ｇ Ａ ＩＸ ． ２ Ｔ
ＭＧ Ａ Ｒ １ Ｖ独立供应 Ｇ Ｐ接 收端供 电 Ｔ ＶＩ Ｘ 丫 ｒ ． ２ Ｔ
用 ＧＰ Ｔ 模块 的输出时钟 Ｔ Ｏ Ｔ Ｌ Ｘ Ｕ Ｃ Ｋ为 Ｄ Ｍ提供驱动 ， Ｃ
然 后 由 Ｄ Ｍ 再 驱 动 Ｇ Ｐ模 块 的 Ｔ Ｕ Ｒ Ｌ 、Ｘ Ｓ — Ｃ Ｔ Ｘ Ｓ Ｃ ＫＴ Ｕ Ｒ
ＣＫ Ｌ ２等其他时钟 ， 设计如图 ７ 所示。
图 ７Ｆ ＧＡ 时钟 配 置 电路 Ｐ
电子 质 量 （ １第 ０ 期） ２２ ２ ０
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的光纤传输 系统 的设计与实现
摆幅 、 可编程接 收器均衡 、 可编程接收器终端 、 内置 Ｐ Ｂ ＲＳ
重要 。 每个 Ｇ Ｐ Ｔ 模块都有独立 的电源供 电引脚 和专用时 钟引脚 ，且每个 Ｇ Ｐ Ｔ 模块都划分有不 同的供 电线路 ， 具
ｖ ＣＯＯ１） ２
ＡＶ Ｃ Ｌ Ｃ Ｐ Ｕ” ＡＶ ＣＣ ” ￣
ＡＶ Ｔ Ｔ Ｔ
Ａ ｖ丌 Ｒ ”
图 ２电源 引 脚滤 波
为了减少线路 电源间的干扰 ，各个供 电线路最好 由
图 １Ｆ Ｇ 主控 制 串行 配 置 模式 Ｐ Ａ
单 独的 电源转换 芯片来 供应 ，以保证 Ｇ Ｐ模 块 的稳 定 Ｔ
的连 通 。
Ｍ Ｔ ＲＦ Ｇ Ｒ Ｅ
ＧＰ Ｔ 模块性能的稳定发挥 ，很大程度上依靠于其供
电和时钟 的设计 。由于 Ｇ Ｐ工作 的频率一般都 比较高 ， Ｔ
所 以电源 和时钟的稳定性设计 对 Ｇ Ｐ性能 的保障至关 Ｔ
３ ０
光模块通过笼子尾部 的连接器 与 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ数据处理系 统进行数据的交互 ， 同时光模块完成系统数据 的光 电、 电
如 图 ２所示 。
１ ２Ｖ １ ＯＶ １ ２Ｖ ’ ２Ｖ
本 系 统 采 用 Ｘｌ ｘ ｌ ｏ Ｆａｈ Ｒ Ｍ ｉｎ Ｐａ ｆ ｍ ｌｓ Ｐ Ｏ ｉ ｔ ｒ
Ｘ Ｆ Ｖ Ｇ ８ Ｃ ＩＰ Ｏ ４ Ｃ来存储 Ｆ Ｇ ６ Ｐ Ａ配置数据 ，并采用 Ｆ Ｇ ＰＡ 主控制 串行加载模式旧其电路设计如图 ｌ ， 所示 。
基于 Ｆ Ｇ 的光纤传输 系统的没计 ｓ实现 ＰＡ
电子 质 量 （ １第 ０ 期） ２２ ２ ０
ＢＵＦ Ｇ ｉｓ ： ｎ ｔ ＢＵＦＧ
ｐ ｒｍａ ｏｔ ｐ（
ｔ
Ｏ Ｉ
＝ ＲＥＦ ＞ ＣＬＫ ＰＡＤ ＯＵＴ ，
＿ —
＝ ＲＥＦ ＞ ＣＬＫ ＰＡＤ Ｉ ） Ｎ ；
＿ —
工作 。 １ 。 ２光纤模块通路设计 本系统采用小型的 Ｓ Ｐ封装型双 Ｌ Ｆ Ｃ接 口光模块进
ＦＧ Ｐ Ａ程序编译完毕后 ，得到 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ可运行 的＿ｔ ｈ 文 ｉ
件， 然后通过 ｉ Ａ Ｔ软件生成 Ｐ Ｏ ＭＰ Ｃ Ｒ Ｍ使用 的．ｃ 文件 。 ｍｓ
通过 Ｊ Ａ Ｔ Ｇ接 口可把 ．Ｃ 配置文 件下 载到 ＦａｈＰ Ｏ ＩＳ Ｔ Ｉ ｌ Ｒ Ｍ ｓ 和把．ｔ ｂ 文件下载到 Ｆ Ｇ ｉ Ｐ Ａ中 ， 断电后 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ中的数据将 丢失 ， 加电时 ， 则通过 图 １ 所示 的加 载方式再次从 Ｆａｈ ｌ ｓ
１ Ｖ独立供应 ． ０
通过 电阻接
ＭＧＴＡＶＴＩｒ ＴＸ
ＧＰ Ｔ 整个模拟 电路 供 电 参考 电阻输入
光模块通过连接器和 Ｐ Ｂ板连接 ， Ｃ 并通过安装 笼子 进行 固定 ， 图 ４ 如 所示 。连接器安装于笼子的尾部 ， 焊接 于 Ｐ Ｂ板上 ， Ｃ 笼子固定于连接器上 面 ， 光模块从笼 子前 端插入 ， 光模块尾部 的插头插入连接器以进行与 Ｐ Ｂ板 Ｃ
体描述如表 ｌ 所示。
生成器 ／ 校验器 。本系统通过 Ｒ ｃｅ ＯＧ Ｐ收发器来完 ｏｋｔ Ｔ Ｉ
成光纤数据的编码 、 转化等功能… 。
１１ Ｐ Ａ 配 置 程序 加 载 设计 ．． Ｆ Ｇ ２
为 了使供 电线路稳定 ，在靠近各个线路 与接入引脚
处需加滤波电容和电感磁珠进行 电源滤波 ，其滤波 电路
Ｐ Ｏ 中把数据加载到 Ｆ Ｇ Ｒ Ｍ Ｐ Ａ中。
１１ Ｐ模 块供 电线 路 设计 ．． ＧＴ ３
行光 电、 电光转换部分的设计 ， 该小型光模块可支持单模 光纤 １ 、０ ４ ｋ 的远距离传输 。 系统选 用了 １ｋ 距 ０ ２ 、０ ｉ ｎ 本 ０ｉ ｎ 离可最高支持 ２ ｂ ｓ ４ ５ ｂｓ ． Ｇ ｐ 和 ． ｐ 速率的光模块来分 ５ ２Ｇ 别实现光纤速率是 ２Ｇ ｐ 和 ３Ｇ ｐ 传输速率 的光纤传 ｂｓ ｂｓ
接于
Ｍ Ｔ ＶＩＸ Ｇ Ａ Ｔ’ Ｒ
Ｇ Ｐ电阻校准 和旁 Ｔ
路 电路供 电
图 ３ＳＦＰ 封 装 型 光 模 块
Hale Waihona Puke Baidu
Ｇ Ｐ共享 Ｐ Ｌ和时 Ｔ Ｌ Ｍ Ｔ Ｖ Ｃ Ｌ １ Ｖ独立供应 Ｇ Ａ Ｃ ＰＬ ． ２ 钟路 由供 电
Ｍ ＴＶ Ｃ Ｇ Ａ Ｃ
本 系 统设 计 Ｇ Ｐ模 块 输 入数 据 宽度 为 ｌ Ｔ ６位 ， 经 ８ ／０ Ｂ １Ｂ编码 ， 并行数 据宽度 为 ２ ０位［输 入时钟频 率为 ３ １ ， １０ ｚ ， ＭＨ 时 实现速率 ２ ｂ ｓ ０ Ｇ ｐ 的光纤传输 ； 输入时钟频率 为 １０ Ｈ 时 ， ５ Ｍ ｚ 实现速率 ３ ｂ ｓ Ｇ ｐ 的光纤传输 。 Ｔ Ｇ Ｐ差分输 出端和接收端均 由 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ专用引脚 与光模块连接 。在光
Ｇ Ｐ模块 的其他时钟 ，需使 用 Ｄ Ｍ时钟管理模块 Ｔ Ｃ
图 ４光模 块 连 接器 与 安 装 笼 子
进行设计。 Ｔ Ｇ Ｐ模块共享时钟锁相 电路稳定之后 ， 可以利
光转换 ， 通过光纤进行数据传输 。光模块 与 Ｐ Ｂ板 的连 Ｃ
线 如图 ５的电路所示 。光模块的供 电线路需进行滤波设 计， 以减少干扰。
输系统 。所选光模块如 图 ３ 所示 。
表 １Ｔ Ｐ供电引脚介绍 Ｇ 供 电引脚 供 电电压 描述 Ｍ Ｔ ＶＩＴ １ Ｖ独立供应 Ｇ Ｐ发送端供 电 Ｇ Ａ ＩＸ ． ２ Ｔ
ＭＧ Ａ Ｒ １ Ｖ独立供应 Ｇ Ｐ接 收端供 电 Ｔ ＶＩ Ｘ 丫 ｒ ． ２ Ｔ
用 ＧＰ Ｔ 模块 的输出时钟 Ｔ Ｏ Ｔ Ｌ Ｘ Ｕ Ｃ Ｋ为 Ｄ Ｍ提供驱动 ， Ｃ
然 后 由 Ｄ Ｍ 再 驱 动 Ｇ Ｐ模 块 的 Ｔ Ｕ Ｒ Ｌ 、Ｘ Ｓ — Ｃ Ｔ Ｘ Ｓ Ｃ ＫＴ Ｕ Ｒ
ＣＫ Ｌ ２等其他时钟 ， 设计如图 ７ 所示。
图 ７Ｆ ＧＡ 时钟 配 置 电路 Ｐ
电子 质 量 （ １第 ０ 期） ２２ ２ ０
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的光纤传输 系统 的设计与实现
摆幅 、 可编程接 收器均衡 、 可编程接收器终端 、 内置 Ｐ Ｂ ＲＳ
重要 。 每个 Ｇ Ｐ Ｔ 模块都有独立 的电源供 电引脚 和专用时 钟引脚 ，且每个 Ｇ Ｐ Ｔ 模块都划分有不 同的供 电线路 ， 具
ｖ ＣＯＯ１） ２
ＡＶ Ｃ Ｌ Ｃ Ｐ Ｕ” ＡＶ ＣＣ ” ￣
ＡＶ Ｔ Ｔ Ｔ
Ａ ｖ丌 Ｒ ”
图 ２电源 引 脚滤 波
为了减少线路 电源间的干扰 ，各个供 电线路最好 由
图 １Ｆ Ｇ 主控 制 串行 配 置 模式 Ｐ Ａ
单 独的 电源转换 芯片来 供应 ，以保证 Ｇ Ｐ模 块 的稳 定 Ｔ
的连 通 。
Ｍ Ｔ ＲＦ Ｇ Ｒ Ｅ
ＧＰ Ｔ 模块性能的稳定发挥 ，很大程度上依靠于其供
电和时钟 的设计 。由于 Ｇ Ｐ工作 的频率一般都 比较高 ， Ｔ
所 以电源 和时钟的稳定性设计 对 Ｇ Ｐ性能 的保障至关 Ｔ
３ ０
光模块通过笼子尾部 的连接器 与 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ数据处理系 统进行数据的交互 ， 同时光模块完成系统数据 的光 电、 电
如 图 ２所示 。
１ ２Ｖ １ ＯＶ １ ２Ｖ ’ ２Ｖ
本 系 统 采 用 Ｘｌ ｘ ｌ ｏ Ｆａｈ Ｒ Ｍ ｉｎ Ｐａ ｆ ｍ ｌｓ Ｐ Ｏ ｉ ｔ ｒ
Ｘ Ｆ Ｖ Ｇ ８ Ｃ ＩＰ Ｏ ４ Ｃ来存储 Ｆ Ｇ ６ Ｐ Ａ配置数据 ，并采用 Ｆ Ｇ ＰＡ 主控制 串行加载模式旧其电路设计如图 ｌ ， 所示 。
基于 Ｆ Ｇ 的光纤传输 系统的没计 ｓ实现 ＰＡ
电子 质 量 （ １第 ０ 期） ２２ ２ ０
ＢＵＦ Ｇ ｉｓ ： ｎ ｔ ＢＵＦＧ
ｐ ｒｍａ ｏｔ ｐ（
ｔ
Ｏ Ｉ
＝ ＲＥＦ ＞ ＣＬＫ ＰＡＤ ＯＵＴ ，
＿ —
＝ ＲＥＦ ＞ ＣＬＫ ＰＡＤ Ｉ ） Ｎ ；
＿ —
工作 。 １ 。 ２光纤模块通路设计 本系统采用小型的 Ｓ Ｐ封装型双 Ｌ Ｆ Ｃ接 口光模块进
ＦＧ Ｐ Ａ程序编译完毕后 ，得到 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ可运行 的＿ｔ ｈ 文 ｉ
件， 然后通过 ｉ Ａ Ｔ软件生成 Ｐ Ｏ ＭＰ Ｃ Ｒ Ｍ使用 的．ｃ 文件 。 ｍｓ
通过 Ｊ Ａ Ｔ Ｇ接 口可把 ．Ｃ 配置文 件下 载到 ＦａｈＰ Ｏ ＩＳ Ｔ Ｉ ｌ Ｒ Ｍ ｓ 和把．ｔ ｂ 文件下载到 Ｆ Ｇ ｉ Ｐ Ａ中 ， 断电后 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ中的数据将 丢失 ， 加电时 ， 则通过 图 １ 所示 的加 载方式再次从 Ｆａｈ ｌ ｓ
１ Ｖ独立供应 ． ０
通过 电阻接
ＭＧＴＡＶＴＩｒ ＴＸ
ＧＰ Ｔ 整个模拟 电路 供 电 参考 电阻输入
光模块通过连接器和 Ｐ Ｂ板连接 ， Ｃ 并通过安装 笼子 进行 固定 ， 图 ４ 如 所示 。连接器安装于笼子的尾部 ， 焊接 于 Ｐ Ｂ板上 ， Ｃ 笼子固定于连接器上 面 ， 光模块从笼 子前 端插入 ， 光模块尾部 的插头插入连接器以进行与 Ｐ Ｂ板 Ｃ
体描述如表 ｌ 所示。
生成器 ／ 校验器 。本系统通过 Ｒ ｃｅ ＯＧ Ｐ收发器来完 ｏｋｔ Ｔ Ｉ
成光纤数据的编码 、 转化等功能… 。
１１ Ｐ Ａ 配 置 程序 加 载 设计 ．． Ｆ Ｇ ２
为 了使供 电线路稳定 ，在靠近各个线路 与接入引脚
处需加滤波电容和电感磁珠进行 电源滤波 ，其滤波 电路
Ｐ Ｏ 中把数据加载到 Ｆ Ｇ Ｒ Ｍ Ｐ Ａ中。
１１ Ｐ模 块供 电线 路 设计 ．． ＧＴ ３
行光 电、 电光转换部分的设计 ， 该小型光模块可支持单模 光纤 １ 、０ ４ ｋ 的远距离传输 。 系统选 用了 １ｋ 距 ０ ２ 、０ ｉ ｎ 本 ０ｉ ｎ 离可最高支持 ２ ｂ ｓ ４ ５ ｂｓ ． Ｇ ｐ 和 ． ｐ 速率的光模块来分 ５ ２Ｇ 别实现光纤速率是 ２Ｇ ｐ 和 ３Ｇ ｐ 传输速率 的光纤传 ｂｓ ｂｓ