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10Gb/sXFP光收发模块设计与实现

作　者: 谢晓明
导　师: 陈伟
学　校: 武汉理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: XFP 信号完整性 高速电路 数字诊断
分类号: TN859
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着全球信息量呈级数增长,对通信网络的带宽和容量提出了越来越高的要求,而光纤通信的最大优势就是其近30THz的巨大潜在带宽容量,所以光纤通信在当今信息社会得到了迅猛发展,成为通信传输网络的主流技术。光模块是光网络中一种用于实现光电,电光转换的重要子模块。自1999年问世以来,光模块技术不断向着高速传输速率的方向发展,已从155Mb/s,622Mb/s不断提高至2.5Gb/s,10Gb/s,甚至40Gb/s。目前,10G光收发模块已逐渐进入主流市场,成为光模块厂商发展的重点。在各种10GXFP模块中,体积小、成本低、带数字诊断的XFP模块被认为是最有优势的一种类型。本文在此背景下研究了10Gb/s带DDM的XFP SR收发一体光模块的设计实现。首先,本文研究了lOGb/s XFP光收发模块使用的协议,包括INF-8077i协议及自定义协议。其中,8077i协议规定的XFP模块的各引脚定义及其时序分析为硬件电路设计打下了基础,XFP双线串行总线协议是实现上下位机通信的理论基础,数字诊断监控接口及自定义协议则用于实现数字诊断。其次,本文在分析了XFP光模块工作原理的基础上,结合设计目标进行了器件和芯片选型,确定了模块硬件实现方案,并根据高速电路设计技术给出了XFP光收发模块的原理图。然后,本文结合信号完整性分析进行了XFP光模块的高速PCB设计,包括叠层设计、阻抗设计、EMC设计、布局与布线设计,并利用Cadence软件进行了电源完整性设计与仿真,从而确保PCB设计不断优化。最后,本文研究了XFP数字诊断功能的软件实现。在分别分析了并口转12C通信和USB接口转12C通信的实现的基础上使用面向对象的思想进行了上位机监测软件的编写,使软件可复用性高,可扩展性强。为验证模块性能,对本XFP模块发射部分和接收部分分别进行测试,结果显示,模块的眼图、发射光功率、消光比、灵敏度等重要指标都能达到设计要求。同时,监测软件工作良好,能够实时检测模块运行状态,实现数字诊断功能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 课题主要工作和论文主要内容  11-13
第2章 10Gb/s XFP光收发模块的协议分析  13-19
  2.1 INF-8077i协议分析  13-18
    2.1.1 XFP光收发模块PCB管脚分配及定义  13-14
    2.1.2 控制和状态IO的时序要求  14
    2.1.3 XFP双线串行接口协议  14-17
    2.1.4 数字诊断监控接口  17-18
  2.2 XFP自定义协议分析  18
  2.3 本章小结  18-19
第3章 1OGb/sXFP模块的原理分析与核心电路设计  19-32
  3.1 10Gb/sXFP光收发模块的原理分析  19-21
    3.1.1 10Gb/sXFP光收发模块的工作原理  19-20
    3.1.2 设计目标  20-21
    3.1.3 技术指标  21
  3.2 10Gb/sXFP光收发模块方案选择与核心电路设计  21-31
    3.2.1 发射部分选型及设计  22-24
    3.2.2 接收部分选型及设计  24-27
    3.2.3 激光器驱动及收发两端信号调节部分选型及设计  27-30
    3.2.4 控制部分选型及设计  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第4章 基于信号完整性的高速PCB设计及测试分析  32-45
  4.1 信号完整性分析  32-34
    4.1.1 反射  32-33
    4.1.2 振铃  33
    4.1.3 串扰  33-34
    4.1.4 轨道塌陷  34
  4.2 高速PCB设计  34-39
    4.2.1 叠层设计  34-36
    4.2.2 阻抗设计  36-37
    4.2.3 EMC设计  37-38
    4.2.4 布局与布线设计  38-39
  4.3 电源完整性设计与仿真  39-42
    4.3.1 去耦电容设计  40-41
    4.3.2 电源分配网络设计  41
    4.3.3 电源完整性仿真  41-42
  4.4 光模块性能测试结果分析  42-44
  4.5 本章小结  44-45
第5章 10Gb/s XFP模块的上位机监测软件实现  45-55
  5.1 上位机监测软件总体设计  45-46
  5.2 监测软件通信部分实现  46-51
    5.2.1 并口模拟12C通信实现  46-48
    5.2.2 USB接口转12C通信实现  48-51
  5.3 基于面向对象思想的上位机监测软件的实现  51-54
    5.3.1 面向对象程序设计简介  52
    5.3.2 监测软件设计实现  52-54
  5.4 本章小结  54-55
第6章 总结与展望  55-56
  6.1 总结  55
  6.2 展望  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-60
附录A XFP数字诊断自定义协议(部分)  60-61
附录B XFP PCB层次图  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 接收设备、无线电收音机 > 其他
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