-基于ADN2915的10G光中继传输多路传输系统

摘要:本文介绍了利用时钟恢复技术实现的10 G光中继传输多路传输系统。该系统从硬件和软件两方面详细介绍了实现过程。系统简化了光纤的布线工作,大大提高了光传输距离,具有普遍的应用推广意义。

关键词:波长转换;ADN2915;CDR

1概述

RapidIO技术广泛应用于雷达信号处理系统,通过4向或8向850 nm光路在两点系统之间实现超高速数据通信。原系统经常使用850 nm多模光纤,短距离只能传输几百米,光路非常多,布线非常不方便。在一些新型雷达通信系统中,需要远距离移动原来的850 nm光路,需要单个光纤传输。基于这一要求,介绍了一种光中继传输多路传输系统,该系统可以将多达16个多模光信号(双向、每8个方向)传输系统简化为单向单模光信号,以实现远距离传输。该系统已实现并实际应用于项目中。

2系统范围框图

系统包括光波长转换装置、重复使用/解决方案

重用单元、位状态上报单元总体设计要求见图1。

image.png

3硬件设计

3.1波长转换装置

为了远距离传输光信号,需要将多模式850 nm光信号转换为单模式光信号,即在光/电转换后执行电/光转换过程。因为该系统是10 Gbit/s的高速电信号转换,高速差分对必然会对电路板造成一定程度的信号劣化。

级使用CDR(宽系统数据恢复)芯片ADN2915对高速电信号进行波形整形和重定时,从而获得更好的电信号质量。ADN2915的功能框图如图2所示。

image.png

3.1.1时钟恢复芯片ADN2915

时钟恢复单元选择ADI的CDR芯片ADN2915,具有以下特征:

a)差异数据输入频率范围为6 . 5 Mbit/秒到11.3

千兆位/秒。

b)不需要参考时钟输入。

c)扩大限制和平衡功能(可选)。

d)具有伪随机码生成和检测功能。

e)具备I2C总线配置功能。

f)具有信号丢失和锁定显示功能。

ADN2915电气原理图如图3所示。

image.png3.1.2 ADN2915软件配置

使用Xilinx FPGA芯片XC6SLX45T通过ADN2915

的I2C接口构成了片内寄存器,如图4所示。

1666686440863778.png

配置部分VHDL代码如下:

When x ” 01 “=q=x ” 800980

-注册表ctrlb

CTRLB(7) 1 – 0,软重置

When x ” 02 “=q=x ” 800900

-注册表ctrlb

CTRLB(7) 1 – 0,软重置

When x ” 03 “=q=x ” 800810

-注册表ctrla

CDR_modes LTD,

When x ” 04 “=q=x ” 800 a05

-注册表ctrlc

Ctrlc (2) 0 enable refclk,1: disable

Refclk,

When x ” 05 “=q=x ” 80100c- Register

Dplla默认值

TRANBAND 4,risge_edge

When x ” 05 “=q=x ” 801014- Register

DPLLA

TRANBAND 4、risge_edge adn falling、

3.2波分复用/解复用装置

从CDR芯片ADN2915恢复的10 Gbit/s电信号在16个CWDM光模块电/光转换后转换为16号CWDM波长光信号,然后通过波分多路复用模块将所有光输出合成为终端,对侧通过波分解多路复用模块后恢复为相应发端CWDM波长的光信号,再通过波长转换设备转换回850 nm光信号恢复输出。16号CWDM光波长分别为1 270 nm,

1 290 nm、1 310 nm、1 330 nm、1 350 nm、1 370 nm、

1 390 nm、1 410 nm、1 430 nm、1 450 nm、1 470 nm、

1 490 nm、1 510 nm、1 530 nm、1 550 nm、1 570 nm。

3.3位状态上报单位

使用100 M/1 000 M自适应以太网接口上报设备状态信息。网络协议使用UDP协议。上报状态信息包括每个光信号是否有光输入、输入光功率值、光模块工作电压、光模块工作温度、ADN2915工作状态等。可以通过PC端配置软件更改参数。使用Xilinx FPGA芯片

XC6SLX45T通过硬件设计语言VHDL实施UDP协议,提供状态上报功能。

4 PCB设计

该系统的传输速率为10 Gbit/秒,板电信号非常衰减,为了获得更好的信号传输质量,PCB的设计也是非常重要的一部分。

a)差分信号线对必须具有相同的长度,以便两个信号可以同时到达输入端,并且由于路径长度的差异,信号会直接变形。

b)防止信号路径的不连续性。不连续的地方发生在路径突然转弯,板洞出现的地方。使用弧线并减少孔的使用,从而减少路径不连续性。

c)为了防止短路和串扰,孔、路径和衬垫之间至少要间隔l0 mil(1 mil=0.0254 mm),差异对之间要间隔20 mil,部件和接地连接线要尽可能短,从而减少电感。用于连接电源和接地的设备针脚穿透直径必须至少为l0 mil,如果通过孔,建议不使用热结构,减少电感。

d)此电路板表使用TU872SLK高速材料。

6层板设计,4个信号线层,2个参考层,差分对线宽为7 mil,间距为5 mil。

5测试验证

使用安立公司MP1800A型码表进行错误率测试验证,码表输出数据速率设置(1~10)Gbit/s,输出码型31位伪随机码,测试24小时稳定错误码。证明了该系统稳定可靠。

6结论

应用本光中继传输多路传输系统,可以方便地将原雷达系统的多模光传输网络传输到单核单模光纤。便于系统维护,传输距离也大大提高了80公里以上。该系统具有广泛的应用价值,有望成为原雷达光通信系统升级版的替代方案。

参考文献:

[1] adn 2915数据表[g]。analog device Inc .2015年。

[2]郑昌彬。PCB信号完整性分析与设计[D]。北京:北京邮电大学,2008年。

[3]Partan-6 FPGA PCB design and pin planning guide[g]。

Ug 393 PCB布局,Xilinx公司,2012年。

[4] spartan-6 FPGA族群:完整资料表[g]。Xilinx

Corporation,2012年。

[5]基于叶宇恒FPGA的UDP/IP硬件堆栈的研究与实现[D]。西安:西安电子科技大学,2008年。

(注:本文转载于《电子产品世界》杂志2022年10月刊)

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