中北大学毕业设计开题报告

中北大学

毕业设计开题报告

学生姓名：学号：

学院：信息与通信工程学院

专业：电子信息工程

设计(论文)题

目：基于FPGA的光纤通信接口设计指导教师:

2014 年 3 月 29 日

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1．选题依据：

１.１课题设计的背景、目的和意义

FPGA（现场可编程门阵列）有着单片机和DSP无法比拟的优势。FPGA的时钟频率高，内部时延小：全部的控制逻辑都可由硬件完成，速度快，效率高，适于大数据量的高速传输控制：FPGA的组成形式灵活，而且可集成外围控制，译码和接口等各种电路。FPGA是一种具有丰富的可编程O

I/引脚的可编程逻辑器件。具有时钟频率高，内部时延小，运行速度快，组成形式灵活的特点，并能够控制较为复杂的外围器件。可以解决电路系统小型化，低功耗，高可靠性过程中遇到的问题，因此FPGA成为目前高性能数据采集系统主要使用的控制芯片。

光纤收发器与FPGA技术相结合的方案是现在光纤通信系统的主流解决方案。目前，在超高速光纤通信中还多采用专用的ASIC芯片，但最近各FPGA产商也相继推出了40Gbps，4x Gbps,100Gbps和10

10x Gbps等FPGA芯片，使基于FPGA超高速光纤系统的实现成为可能。FPGA的可编程特性，具有ASIC芯片无法比拟的优越性，所以基于FPGA的光纤通信有很大的现实意义。

１.２国内外发展现状

1.2.1 光纤通信技术

光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快，应用范围之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志，同时也是未来信息社会中各种信息的主要传送工具。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有三四十年，已经历三代。短波长多模光纤，长波长多模光纤和长波长单模光纤是光纤通信史上的重大变革，美，日，英，法等多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入普及阶段。光通讯是通讯发展的必然方向，光纤通信就是利用光波作为载波来传送信息，而以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。通信的发展过程是以不断提高载波频率来扩大通信容量的过程，光频作为载频已达到通信载波频率的上限，光是一种频率极高的电磁波，因此用光作为载波

进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，光通信是人们早就追求的目标，也是通信发展的必然方向。对光纤通信而言，超高速度，超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，未来的告诉通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段.传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络节点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高。因此，真正的全光网已成为一个非常重要的课题，全光网络也是人们不懈追求的梦想。

1.2.2 FPGA的发展历程

20实际60年代中期，TI公司大量生产了通用IC，如分别面向商用和军用的74系列和54系列。这些通用IC甚至沿用至今，任是电子工程师门电路板上不可或缺的一部分。20世纪80年代，出现了可编程逻辑器件（PLD），如SPLD和CPLD，它们与ASIC 相比，具有可重配置性和较短的开发时间，但实现的功能和电路都相对简单。为了弥补这一需要Xilinx公司推出了第一块可编程逻辑器件)

(FPGA，并且在其后的几十年间，FPGA得到了巨大的发展。

1.2.3 HDL

Veri log的产生和发展

Veri log是硬件描述语言的一种，用于数字电子系统设计。该语言允许设计者HDL

进行各种级别的逻辑设计，进行数字逻辑系统的仿真验证，时序分析，逻辑综合。它是目前应用最广泛的一种硬件描述语言。

Veri log是在1983年由GDA公司的Phil Moorby首创的。Phil Moorby后来HDL

成为XL

log的主要设计者和Cadence公司的第一个合伙人。在1984至1985年，Veri-

Veri log的发展

log的仿真器；1986年，他对HDL Moorby设计出了第一个名为XL

Veri-

又作出了另一个巨大贡献，即提出了用于快速门级仿真的XL算法。随着XL

log算

Veri-

法的成功，HDL

Veri IEEE1364—2001 Veri log语言得到迅速发展。2001年3月，log

标准的公布，以及2005年10月System log

Veri IEEE800—2005标准的公布，使得Veri语言在综合，仿真验证和IP模块重用等性能方面都有大幅度的提高，更加拓宽log

了log

Veri的发展前景。

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２．设计方案：

２.１本设计的主要研究内容

光纤通信可以实现设备间的高速远距离通信，在信号处理及通信系统中得到了广泛的应用，而现代高性能FPGA的内部大多集成有可以实现与光纤收发模块无缝连接的高速数据收发器。因此利用FPGA的高速数据收发器和光纤收发模块可以构建快速数据传输通道，已成为实时信号处理系统设计中数据传输的重要手段。本设计课题在了解光纤传输基本概念及特点的基础上基于FPGA的高速数据收发器设计高速数据通信接口电路，并设计相关软件及传输协议，调试验证高速光纤通信电路设计的正确性，为高速光纤通信的进一步应用提供设计参考。

2.1.1光纤通信的基本原理

光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光纤之间的串绕非常小；光波在光纤中传输，不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听；光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传输信道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的问题。典型的光纤通信系统方框图如下图1所示：

光发送机电端机（数字）模拟信息LD

光接收机

电端机

（数字）

模拟信息

APD

中继器

图1 数字光纤通信系统方框图