本文摘要：本電子通信論文介紹了點對點光纖數據傳輸系統的設計方法，分別對LVDS信號，數字光收發機的設計，PCB的布局進行了詳細的介紹，并對設計中遇到的問題提出了解決方案并進行了實驗�？梢园l表電子通信論文的期刊有《 無線通信技術 》(季刊)創刊于1971年，由信息產
本電子通信論文介紹了點對點光纖數據傳輸系統的設計方法，分別對LVDS信號，數字光收發機的設計，PCB的布局進行了詳細的介紹，并對設計中遇到的問題提出了解決方案并進行了實驗�？梢园l表電子通信論文的期刊有《無線通信技術》(季刊)創刊于1971年，由信息產業部電信科學技術第四研究所主辦。本刊是一本有關無線電通信領域的專業性技術刊物，國內外公開發行。本刊堅持理論密切聯系實際，以實用化為主的辦刊方針，探討通信理論，提供技術成果，介紹技術標準，交流維護經驗。
摘 要針對數據傳輸系統速度、距離和穩定性等要求的不斷提高，設計了一種基于低振幅差分信號技術和光纖技術的點對點光纖數據傳輸系統。該系統結合LVDS 技術速率高、功耗低、噪聲低的特點以及光纖通信容量大、傳輸距離遠的優點，解決了數據傳輸系統遇到的許多難題。對數據傳輸系統的設計分別從設計方案、硬件實現兩方面進行了詳細研究和描述，并進行了實驗。
【關鍵詞】光纖通信 光電轉換 光收發模塊 低壓差分信號
隨著信息技術的發展，一方面數據傳送量越來越大、傳輸速度越來越快，另一方面電子產品(特別是便攜式產品)對低功耗設計提出了更高的要求。低壓差分信號(Low Voltage Differential Signal，LVDS)技術是一個高速度(可達800Mbps以上)、低功耗、低噪聲的通用接口標準，它能夠在廣泛的應用領域里解決高速數據傳輸的瓶頸問題。而LVDS技術的高速度低功耗也導致了其不能遠距離傳播，而光纖技術正可以彌補這一不足。點對點光纖數據傳輸系統便是基于LVDS技術與光纖技術來實現數據的傳輸的。
1 系統概述
點對點光纖數據傳輸系統主體為數字光收發一體機(數字光發送機和數字光接收機)，之間由10m單模光纖連接，安裝在測試主板上，設計框圖如圖1所示。
為了實現信號在光纖中的傳輸，需要先將電信號轉化成為光信號，之后再轉化成電信號發送到接收端來進行傳輸。數字光收發一體機由數字光發送模塊和數字光接收模塊組成，四路LVDS信號從數字光發送模塊輸入端輸入之后進行并串轉換、電平轉換，半導體激光器調制之后，輸出調制光信號，再輸入到接收模塊的光接收次模塊(Receiver Optical Subassembly，ROSA)，經過光電轉換電路，放大電路，電平轉換，最后進過串并轉換，輸出LVDS信號。
2 工作原理
2.1 LVDS的工作原理
低壓差分信號(LVDS)是一種新型的數據傳輸和接口技術，核心是采用極低的電壓擺幅差分傳輸數據，可以實現點對點的數據傳輸。LVDS 是目前高速數字信號傳輸的國際通用接口標準，國際上有兩個工業標準定義了LVDS：ANSI/TIA/EIA-644(1995年11月通過)和IEEE1596.3(1996年3月通過)，LVDS驅動電路由一個3.5mA恒流源和四個MOS管驅動一對差分信號線組成，差分線終端電阻阻值100Ω，通過MOS管的開關實現差分電壓的350mV的擺幅，產生LVDS信號。
2.2 主要芯片
本系統采用美信公司的MAX3892和MAX3882A兩款高速芯片實現LVDS信號的并串及串并的轉換。其中MAX3892為并串轉換芯片，將四路并行622Mbps LVDS信號轉換為2.488GbpsCML信號輸出串行數據(TD+、TD-)給光模塊。串并轉換利用MAX3882A完成將1路2.488Gbps的串聯輸入CML信號轉換為4路LVDS信號。
激光器驅動芯片選用帶消光比控制的激光器驅動芯片MAX3738，適合于工作在傳輸速率為1Gbps到2.5Gbps的光纖網絡中。在激光管的正常使用期內，自動功率控制(APC)可以將芯片維持一個恒定的平均光功率對溫度和壽命進行控制。
放大電路選用寬動態范圍跨阻放大器MAX3864和低功耗限幅放大器MAX3272。
3 設計與仿真
3.1 數字光發送機的設計
數字光發送機包括驅動電路、自動功率控制(APC)、激光器和并串轉換(光模塊)，以及信號接口和LED顯示(主板)。
并串轉換電路為MAX3892及外圍電路構成，用于將并行信號轉為串行信號傳給后級驅動電路。MAX3892的頻率由CLKSET、RATESET和MODE設定，由于PCLKI±為622MHz，SCLKO±為2.488GHz，因此CLKSET接VCC，RATESET接地，MODE接VCC。反饋測試端SLBO+-接串并轉換芯片MAX3882的反饋輸入端，可實現對系統并-串-并轉換的測試。
驅動電路為MAX3738及其外圍電路，包括高速調制驅動電路、消光比控制偏置塊以及保護電路。MAX3738可以驅動15Ω的負載。OUT-端所需最小瞬時電壓0.7V時對應調制電流為60mA，0.75V時對應60到85mA。60mA以上的操作可以通過交流耦合或者激光器側足夠的電壓來滿足輸出電壓的要求。在速率達到2.7Gbps時，激光二極管陰極的任何容性負載都會降低其光輸出性能。因為偏置輸出直接接到激光二極管陰極，所以需要通過加一個電感來隔離來減少引腳周圍的寄生電容。
激光器選用四川光恒通信技術有限公司生產的TOSA。主要參數如下：傳輸波長：1310nm，傳輸模式：單模，輸出功率：2mW，工作溫度：-40度～85度。光接口：FC/PC。
3.2 數字光接收機的設計
數字光接收機包括光電轉換PINTIA、前置放大、限幅放大電路、串并轉換電路以及信號接口和LED顯示。
放大電路選用寬動態范圍跨阻放大器MAX3864和低功耗限幅放大器MAX3272搭建放大電路。前置放大電路與PIN光電二極管直接相連，處于最前端的位置，是第一級有源電路。當激光照射到光電二極管上產生的信號微弱時，有用的信號可能被噪聲淹沒，無法有效輸出。根據噪聲系數計算公式：
，可知，NP主要由第一級放大器決定，所以前置放大電路對于設定整個探測器系統的噪聲系數十分重要。
串并轉換電路為MAX3882A及外圍電路，將1路2.488Gbps的串聯輸入CML信號轉換為4路622Mbps的LVDS信號。為保證“0”、“1”信號判別有效性，LVDS輸出信號差分峰-峰值電壓VP-P范圍250～400mV，高電平電壓VOH=1.475V，低電平電壓VOL=0.925V，滿足幅度要求。
MAX3882A的頻率由FREESET、LREF、SIS設定，如表1所示。
3.3 結構設計
3.3.1 PCB板的布局
由于尺寸的要求，器件的布局顯得尤為的重要，布局的好壞將直接影響布線的效果。在布局時需遵守一定原則。
(1)要有合理的走向。
(2)接地點選擇需要合理布置。
(3)線寬線距也要正確的選擇等等。
在布局時，將部分器件放在了頂層，包括一個SFP接口、MAX3892為主的并串轉換電路、MAX3738為主的驅動電路。底層電路包括一個SFP接口、前置放大器和限幅放大器以及MAX3882和周圍電路組成的串并轉換電路。
3.3.2 PCB板的疊層設置
為保證地層的完整性，分別設置LVDS和CML信號的地層GND1和GND2，LVDS和CML信號盡量分離，在不同的層布線�？刹捎�4層板結構：TOP(LVDS信號)-GND(CML信號)-VCC(CML信號)-BOTTOM(LVDS信號)。既保持了信號的分層，又保持了完整的信號回路。
3.3.3 保證阻抗匹配和阻抗連續
由于差分阻抗的不匹配會產生反射，有10%的阻抗不匹配就會產生5%的反射，所以要根據不同情況進行不同的匹配控制。LVDS通常用來傳輸高速數據信號， 要求具有快速變化的邊緣斜率， PCB 跡線要作為傳輸線看待， 長度超過2cm時應該進行阻抗控制， 同時需要進行阻抗匹配， 其范圍為90Ω ～ 110Ω之間， 典型值100Ω。要選用表面安裝厚膜無引線貼片電阻(如0603或0805)， 盡可能靠近接收器放置。同時，阻抗不連續會使反射增加， 這會降低信號質量并產生共模噪聲。共模噪聲不利于消除差分線的電磁效應并且產生EMI。差分線對的兩根線的距離應最小化， 以保證接收器對共模干擾的抑制。在PCB上， 這個距離應保持恒定以避免差分阻抗不連續， 并使過孔數目最少。跡線需要轉向時使用弧形走線或45°走線， 不要使用90°走線。
為了保證阻抗的匹配，需要對PCB板上的線寬和線距進行計算。由于設計是4層板，單端阻抗50Ω，差分阻抗100Ω，進行計算后得單端線寬8mil，差分線線寬5mil，間距7mil。
4 實驗波形
圖3是輸入為30MHz情況下的實驗波形。從實驗結果上來看，該系統波形有輕微失真，基本符合要求。為達到622MHz的頻率還需進一步的改進與優化系統設計。
轉載請注明來自發表學術論文網：http://www.cnzjbx.cn/dzlw/11300.html
