模擬信號(hào)數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、太原科技大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目：模擬信號(hào)數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓 名 張 耀 生 學(xué) 號(hào) 200522080225 學(xué)院（系） 華科學(xué)院信息系 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 052202h 指導(dǎo)教師 王 華 夏 2009年 6 月 13 日太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院（直屬系）：華科學(xué)院信息系 時(shí)間：2009年4月6日學(xué) 生 姓 名張耀生指 導(dǎo) 教 師王華夏設(shè)計(jì)（論文）題目模擬信號(hào)數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容查閱資料，完成文獻(xiàn)綜述，撰寫開題報(bào)告；掌握a/d、d/a轉(zhuǎn)換器以及cpld的功能和作用，學(xué)習(xí)maxplus軟件的具體應(yīng)用,應(yīng)用vhdl語(yǔ)言

2、；設(shè)計(jì)基于cpld的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的收發(fā)模塊，并進(jìn)行軟件仿真。研究方法在采樣速率為1msps下設(shè)計(jì)基于cpld的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的發(fā)送和接收部分；采用maxplus軟件對(duì)所設(shè)計(jì)電路的程序進(jìn)行仿真。主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))熟悉數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，掌握a/d、d/a轉(zhuǎn)換器以及cpld的功能和作用。教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 年 月 日 說(shuō)明：一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目 錄摘要iiiabstractiv第1章 緒論- 1 -1.1 本課題基本概念- 1 -1.2 本課題研究的目的和意義- 1 -1.3 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀- 2

3、 -1.4 課題研究的主要任務(wù)、要求及總體結(jié)構(gòu)- 3 -1.4.1 課題研究的主要任務(wù)- 3 -1.4.2 課題研究的要求- 3 -1.4.3 課題研究的總體結(jié)構(gòu)- 3 -第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)- 5 -2.1 光纖線路編碼- 5 -2.1.1 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)對(duì)線路編碼的要求- 5 -2.1.2 8bl0b線路碼型- 5 -2.2 多路復(fù)用技術(shù)- 6 -2.3 pecl接口電路- 7 -2.3.1 pecl電路的特點(diǎn)- 7 -2.3.2 pecl級(jí)傳輸線路設(shè)計(jì)- 7 -2.4 光發(fā)射機(jī)與光接射機(jī)- 8 -2.4.1 光發(fā)射機(jī)- 8 -2.4.2 光接射機(jī)- 9 -2.5 同步技術(shù)- 11

4、-2.5.1 位同步- 12 -2.5.2 幀同步- 12 -第3章 系統(tǒng)模塊的連接- 14 -3.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊與d/a轉(zhuǎn)換模塊- 14 -3.1.1 ad574a特點(diǎn)- 14 -3.1.2 ad574a管腳- 14 -3.1.3 a/d轉(zhuǎn)換模塊電路- 15 -3.2 d/a轉(zhuǎn)換模塊- 15 -3.2.1 d/a轉(zhuǎn)換器原理及接法- 15 -3.2.2 d/a轉(zhuǎn)換模塊電路- 16 -3.3 cpld模塊- 16 -3.3.1 cpld的概述- 16 -3.3.2 max7000s功能特性及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)- 17 -3.3.3 cpld芯片的連接電路- 18 -3.4 編/譯碼模塊- 19 -3

5、.4.1編碼模塊- 19 -3.4.2 譯碼模塊- 19 -3.5 光/電、電/光轉(zhuǎn)換模塊- 20 -3.5.1 光收發(fā)模塊結(jié)構(gòu)及功能- 21 -3.5.2 光收發(fā)模塊連接電路- 21 -第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)- 22 -4.1 eda技術(shù)概述- 22 -4.2 開發(fā)軟件介紹- 22 -4.2.1 max+plus ii簡(jiǎn)史- 22 -4.2.2 max+plus ii具有的特點(diǎn)- 22 -4.3 max+plusii設(shè)計(jì)流程- 23 -4.4 軟件設(shè)計(jì)思想- 23 -4.5 程序部分- 25 -4.6 仿真結(jié)果- 27 -第5章 結(jié)論- 28 -參考文獻(xiàn)- 29 -致謝- 30 -模擬信號(hào)數(shù)

6、字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要光纖通信技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的信號(hào)傳輸技術(shù)。所以對(duì)于該技術(shù)的研究也在不斷發(fā)展。本文是在借鑒前人研究的成果上，設(shè)計(jì)出了一套關(guān)于模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)主要采用了cpld(大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?和專用的編解碼芯片運(yùn)用時(shí)分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)傳輸，依靠同步標(biāo)志實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的同步功能。集成芯片的應(yīng)用使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而功能強(qiáng)大。本文對(duì)光收發(fā)模塊、編譯碼原理及實(shí)現(xiàn)和cpld的開發(fā)都進(jìn)行了詳細(xì)的論述。另外，在完成本系統(tǒng)的軟件編程過(guò)程，了解了vhdl語(yǔ)言的基本應(yīng)用。在以往此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，很多電路多用硬件實(shí)現(xiàn)，這樣提高了成本。而本文在數(shù)據(jù)傳輸部分則是采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的,經(jīng)濟(jì)且容易控制。最后通過(guò)對(duì)

7、系統(tǒng)的調(diào)試證明了系統(tǒng)的有效性和可行性，從而達(dá)到了設(shè)計(jì)要求并期望能最終運(yùn)用到實(shí)際中。關(guān)鍵詞：光纖傳輸，時(shí)分復(fù)用the design of fiber system for analog signalabstractthe fiber optic communications technology is a kind of widespread application signaling technology. therefore, this research of technology is also gradually developing. this article which profit

8、s from the predecessors achievement designed a set of the simulated signal digital system. the system mainly uses cpld (complex program mable logic device), special-application encoder and decoder to realize tdm of multiplex digital signals transmission and relies on the symbol of synchronization to

9、 realize the synchronization of the system. the article made detailed discussion for transmitter, receiver, theory of encoder/decoderand the exploitation of cpld. in addition, it has designed isolated circuit interfacing the exterior data, which could improve the system in security. in the course of

10、 this kind of systematic designs, a lot of electric circuit is realized by multipurpose hardware and enhance the cost. however, this article is completed with the software in the part of data transmission. finally, it has proved validity and the feasibility to debugging of system, and has achieved t

11、he design requirements and expected to apply to reality. key words ：optical transmission，tdm- 31 -第1章 緒論1.1 本課題基本概念通信就是各種信息的轉(zhuǎn)移或傳遞。通常的做法是首先將要傳遞的信息設(shè)法加載(或調(diào)制)到某種載體上，然后再將此調(diào)制的載體傳送到目的地后，將信息從載體中解調(diào)出來(lái)。在通信系統(tǒng)中，發(fā)送信息端叫信源，接收端叫信宿，信源的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后通過(guò)電纜和電磁波發(fā)送到信宿端，在信宿端將接收信號(hào)解調(diào)以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的恢復(fù)，從而完成信號(hào)的傳輸1。光纖通信是指利用光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)傳輸光波信號(hào)的一種通信方

12、式。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)由三大部分組成：光發(fā)送機(jī)，光纜和光接收機(jī)2。光波是屬于電磁波的范疇，電磁波按照波長(zhǎng)不同(或頻率不同)，可分為如長(zhǎng)波、中波、微波、紅外線、可見光、紫外線等。其中，紫外線、可見光、紅外線都屬于光波。光纖通信是工作在近紅外區(qū)，即波長(zhǎng)是0.8- 1.8um，頻率為167-375thz3。1.2 本課題研究的目的和意義隨著通信技術(shù)的發(fā)展，所需要傳輸?shù)男畔⒘看罅吭龆?，需要傳輸?shù)男盘?hào)種類也在增加，信號(hào)的傳輸要求增多，傳輸距離也在變長(zhǎng)，在高壓脈沖大電流放電的環(huán)境下要無(wú)失真的傳輸數(shù)據(jù)，首先，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾研究，保證信號(hào)在沒(méi)有受干擾的情況下進(jìn)入傳輸過(guò)程。其次，在傳輸過(guò)程中，選取的介質(zhì)要

13、抗強(qiáng)電磁干擾，而光纖在抗電磁干擾方面顯然要優(yōu)于金屬傳輸介質(zhì)。諸多軍事科研項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)品應(yīng)用是在高壓脈沖大電流脈沖情況下，環(huán)境較惡劣，傳統(tǒng)電纜等信號(hào)傳輸途徑難以在此類環(huán)境中正常工作。電纜通信和微波通信的載波是電波，光纖通信的載波是光波。雖然光波和電波都是電磁波，但是頻率差別很大。 光纖通信用的近紅外光(波長(zhǎng)約1m)的頻率(約300 thz)比微波光纖通信與傳統(tǒng)的電纜相比具有一系列明顯的優(yōu)點(diǎn)：1.允許的頻帶很寬，傳輸容量很大。2.損耗很小,中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很小。3.重量輕、體積小。4.良好的抗電磁干擾性能。5.光纖之間的串?dāng)_小，信號(hào)傳輸質(zhì)量高4。1.3 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀光纖通信是近30年迅

14、猛發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，從一開始就顯示出無(wú)與倫比的優(yōu)越性，引起人們的極大興趣和關(guān)注并得到迅速的發(fā)展。自70年代以來(lái)，光纖通信技術(shù)不僅在電信等民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，且因其獨(dú)特的頻帶極寬和通信容量大、衰減小等優(yōu)點(diǎn)，使得光纖通信技術(shù)至今已發(fā)展為舉世矚目的獨(dú)立的新興產(chǎn)業(yè)，給通信技術(shù)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防事業(yè)和人民生活帶來(lái)了巨大的變革5。1. 波分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來(lái)的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率或波長(zhǎng)不同將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號(hào)的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器(合波器)將不同規(guī)定波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來(lái)送入1根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再用1

15、個(gè)波分復(fù)用器 (分波器)將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開的復(fù)用方式。2. 光纖接入技術(shù)光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里”。實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩瑵M足大眾的需求，不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò)，用戶接入部分更是關(guān)鍵，光纖接入網(wǎng)是高速信息進(jìn)入千家萬(wàn)戶的關(guān)鍵技術(shù)。在光纖寬帶接入中，由于光纖到達(dá)位置的不同，有fttb、fttc、fttcab和ftth等不同的應(yīng)用,統(tǒng)稱fttx6。迄今已經(jīng)在30多個(gè)城市建立了試驗(yàn)網(wǎng)和試商用網(wǎng)，包括居民用戶、企業(yè)用戶、網(wǎng)吧等多種應(yīng)用類型，也包括運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、駐地網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、房地產(chǎn)開發(fā)商主導(dǎo)和政府主導(dǎo)等多種模式，發(fā)展勢(shì)頭良好。很多城市制訂了ftth的技術(shù)標(biāo)

16、準(zhǔn)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，有的城市還制訂了相應(yīng)的優(yōu)惠政策，這些都為ftth在我國(guó)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件7。3. 超大容量、超長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)對(duì)光纖通信而言，超高速度、超大容量和超長(zhǎng)距離傳輸一直是人們追求的目標(biāo)，而全光網(wǎng)絡(luò)也是人們不懈追求的夢(mèng)想。波分復(fù)用技術(shù)極大地提高了光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量，在未來(lái)跨海光傳輸系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景8。近年來(lái)波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展迅猛，同時(shí)全光傳輸距離也在大幅擴(kuò)展。提高傳輸容量的另一種途徑是采用光時(shí)分復(fù)用技術(shù) 9。4. 光孤子通信光孤子是一種特殊的超短光脈沖，由于它在光纖的反常色散區(qū)，群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡，因而經(jīng)過(guò)光纖長(zhǎng)距離傳輸后，波形和速度都保持不變。光孤子通信就是利用光

17、孤子作為載體實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離無(wú)畸變的通信，在零誤碼情況下信息傳遞可達(dá)萬(wàn)里之遙10。5. 全光網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的高速通信網(wǎng)將是全光網(wǎng)。全光網(wǎng)是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最高階段，也是理想階段。傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的全光化，但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)處仍采用電器件，限制了目前通信網(wǎng)干線總?cè)萘康倪M(jìn)一步提高，因此真正的全光網(wǎng)已成為一個(gè)非常重要的課題11。1.4 課題研究的主要任務(wù)、要求及總體結(jié)構(gòu)1.4.1 課題研究的主要任務(wù)本課題研究的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)模擬信號(hào)數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)一路模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸。采用時(shí)分復(fù)用方式對(duì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，同時(shí)必須考慮接收部分的同步問(wèn)題，接收端對(duì)接收到的信號(hào)解時(shí)分復(fù)用。要求本設(shè)計(jì)給出

18、一定的解決辦法。該設(shè)計(jì)在對(duì)前人研究的基礎(chǔ)上做了一定的改進(jìn)：經(jīng)過(guò)a/d和d/a轉(zhuǎn)換器的信號(hào)采用了現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列cpld來(lái)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的時(shí)分復(fù)用和解時(shí)分復(fù)用，降低了對(duì)硬件的要求。同時(shí)通過(guò)cpld控制信號(hào)的輸出取得發(fā)射接收的同步。論文采用8b10b碼型變換在編、譯碼器中變換成適宜在光纖中傳輸?shù)男盘?hào)。在論文完成最后，應(yīng)用vhdl語(yǔ)言完成論文程序的編寫，同時(shí)得出仿真結(jié)果。1.4.2 課題研究的要求本課題的要求是1.通信設(shè)備的信道帶寬要寬。2.符合發(fā)射接收的同步要求。3.系統(tǒng)的采樣速率為1msps。1.4.3 課題研究的總體結(jié)構(gòu)根據(jù)課題所提出的具體要求，可畫出整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1。a/d轉(zhuǎn)換器

19、電/光轉(zhuǎn)換編碼器cpld模擬信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光/電轉(zhuǎn)換電信號(hào)解碼器cpldd/a轉(zhuǎn)換器圖1.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)2.1 光纖線路編碼2.1.1 光纖數(shù)字通信系統(tǒng)對(duì)線路編碼的要求 在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，一般不直接傳輸由pcm電端機(jī)傳送過(guò)來(lái)的接口碼，而要經(jīng)一定的碼型變換，使之成為適合光纖數(shù)字通信傳輸要求的線路碼12。 對(duì)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)采用的線路碼有以下幾點(diǎn)主要要求： 1. 能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高、低頻分量； 2. 能給接收端提供足夠的定時(shí)信息； 3. 能對(duì)光端機(jī)和光中繼器進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼檢測(cè)； 4. 能提供傳輸一定數(shù)量的輔助信號(hào)和區(qū)間通信信道。2.1.2 8bl

20、0b線路碼型將輸入的原始碼流進(jìn)行分組，每組有8個(gè)二進(jìn)制碼，記為8b碼，稱為一個(gè)碼字，經(jīng)過(guò)這樣的分組，共有28=256個(gè)碼字，變換為10個(gè)二進(jìn)制碼，記為10b碼，共有210=1024個(gè)碼字。為簡(jiǎn)化對(duì)它們的處理，開發(fā)了一種8b/l0b編碼的簡(jiǎn)寫符號(hào):1. d分組，用于數(shù)據(jù)字節(jié)編碼；2. k分組，用于特殊控制符號(hào)編碼。下圖描述了數(shù)據(jù)字節(jié)(8b)到代碼字(10b)的映射。發(fā)送和接收時(shí)第0位在先第9位最后。8位的數(shù)據(jù)字節(jié)用abcdefgh表示(從最低位到最高位)。編碼器將這8位數(shù)據(jù)碼變換為10位碼，用abcdeifghj表示。代碼字分為兩個(gè)子分組，一組包括6個(gè)代碼位(abcdei)，另一組包括4個(gè)代碼位

21、(fghj)。一個(gè)給定的代碼用簡(jiǎn)寫形式dx.y(數(shù)據(jù)編碼)或kx.y(特殊編碼)表示，其中x是edcba的十進(jìn)制值(e是最高有效位)，y是hgf的十進(jìn)制值(h是最高有效位)圖2.1 8b10b碼變換圖2.2 多路復(fù)用技術(shù)為了提高傳輸媒質(zhì)的利用率，降低成本，提高有效性，提出了復(fù)用問(wèn)題。所謂多路復(fù)用，是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)資源共享一個(gè)公共傳輸媒質(zhì)，就像每個(gè)數(shù)據(jù)源都有它自己的信道一樣。所以，多路復(fù)用是一種將若干個(gè)彼此無(wú)關(guān)的信號(hào)合并為一個(gè)能在一條共用信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)的方法。在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)。時(shí)分多路復(fù)用(tdm)把許多輸入信號(hào)結(jié)合起來(lái)，并一起傳送出去

22、。tdm是在時(shí)間上進(jìn)行分割(頻率上重合)，各路信號(hào)占用不同的時(shí)間段，形成一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)多路傳輸。tdm保持了信號(hào)物理上的獨(dú)立性，而從邏輯上把它們結(jié)合在一起。因此，tdm技術(shù)多用于數(shù)字信號(hào)。在tdm技術(shù)中，發(fā)送端除發(fā)送有用信號(hào)同時(shí)還要發(fā)送一標(biāo)志碼(稱為幀同步碼)以表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。把標(biāo)志碼與數(shù)據(jù)碼輪流發(fā)送一次構(gòu)成的碼流稱為幀。在接收端就可以根據(jù)接收到的幀同步信號(hào)判斷幀的始末，從而使收、發(fā)兩端信號(hào)一一對(duì)應(yīng)。這在時(shí)分多路復(fù)用中稱為幀同步(幀定位)。否則，在接收端不能確定發(fā)送端的首尾，因而收、發(fā)兩端用戶在時(shí)間上不能一一對(duì)應(yīng)地實(shí)現(xiàn)正常通信。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)幀同步首先要應(yīng)使收、發(fā)兩端的時(shí)鐘頻率一致

23、，即時(shí)鐘同步(位同步)。因?yàn)橹灰@樣，才能把數(shù)據(jù)碼流一個(gè)一個(gè)正確地接收下來(lái)。圖2.2 時(shí)分復(fù)用示意圖2.3 pecl接口電路2.3.1 pecl電路的特點(diǎn)差分電壓就是用兩個(gè)物理量的差異來(lái)表示一個(gè)數(shù)值的電壓信號(hào)。其中有兩個(gè)電壓量(v+和v-)，當(dāng)v+大于v-時(shí)，表示正極性電壓；當(dāng)v+小于v-時(shí)，表示負(fù)極性電壓。在高速的傳輸系統(tǒng)中一般級(jí)間的傳輸一般采用ecl(射極禍合邏輯)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞，ecl電路專門為高速低噪聲數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用要求設(shè)計(jì)的，采用ecl電路具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1.速度快2.邏輯功能強(qiáng)3.負(fù)載能力強(qiáng)4.噪聲低5.便于數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)然，ecl電路也存在其弱點(diǎn)，最大的弱點(diǎn)就是其靜態(tài)的直流

24、功耗大，從某種意義上來(lái)說(shuō)，ecl電路是以犧牲功耗來(lái)?yè)Q取速度的。2.3.2 pecl級(jí)傳輸線路設(shè)計(jì)pecl耦合分為直流藕合和交流藕合，然而交流藕合功耗太大且電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，我們的系統(tǒng)中采用pecl直流藕合，采用了并行端接技術(shù)以便電路正常工作。戴維南并行端接技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳輸線阻抗的匹配，這樣接收端就能獲取到比較好的信號(hào)質(zhì)量，同時(shí)該端接電路也為pecl電平能夠正常地切換提供了合適的偏置電壓。需要說(shuō)明的是，pecl電路也能工作在單端連接的方式，這時(shí)源端和負(fù)載端的同相信號(hào)直接相連，接收端反向輸入連接必要的下拉電阻為電路的正常工作提供參考電平，源端同樣必須采用戴維南并行端接電路提供相應(yīng)的偏壓。 2.4 光發(fā)射機(jī)

25、與光接射機(jī)2.4.1 光發(fā)射機(jī) 在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)13中，光發(fā)射機(jī)的方框圖如圖2.3所示，主要由光發(fā)射機(jī)和電路兩部分組成，而電路部分又分為調(diào)制電路、控制電路和線路編碼電路。光源是實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，在很大程度上決定著光發(fā)射機(jī)的性能，電路部分的設(shè)計(jì)應(yīng)以光源為依據(jù)。調(diào)制電路使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)，線路編碼電路使輸出的光信號(hào)適合于光信道傳輸，同時(shí)控制電路能夠保證光源可靠穩(wěn)定地工作。圖2.3 數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖 光發(fā)射機(jī)是數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的三大組成部分（光發(fā)送機(jī)、光纖光纜和光接收機(jī)）之一。其功能是將電脈沖信號(hào)變換成光脈沖信號(hào)，并以數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸性能所要求的光脈沖信號(hào)波形從光源器件組

26、件的尾纖發(fā)射出去。 在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，光源發(fā)出的光可以看作是光源載波，通過(guò)調(diào)制，使其載荷信息，一般采用直接強(qiáng)度調(diào)制的方式。光發(fā)射機(jī)原理方框圖見圖2.4，主要有整形碼或碼型變換電路、光源驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)射光源組成。圖中的其他部分電路是結(jié)合光源器件的應(yīng)用特性而采取的相應(yīng)的補(bǔ)償措施。光源在光纖通信系統(tǒng)中，作為產(chǎn)生光信號(hào)的光源一般為半導(dǎo)體二極管。目前，通信系統(tǒng)中常用的半導(dǎo)體發(fā)光器件是半導(dǎo)體激光器(ld)和發(fā)光二極管(led)。 光源驅(qū)動(dòng)光源驅(qū)動(dòng)電路是光發(fā)送機(jī)的主要干電路，它將電脈沖信號(hào)通過(guò)電流強(qiáng)度的調(diào)制方式調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管發(fā)射出光脈沖信號(hào)。 驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)光源提供驅(qū)動(dòng)電流，它的性能應(yīng)與半

27、導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的特性相匹配。 半導(dǎo)體三極管的輸出特性在放大區(qū)表現(xiàn)為恒流源，因此可以將ld或led接在三極管的集電極電路中，用三極管的集電極電流驅(qū)動(dòng)電源，使之發(fā)光。 輔助電路在實(shí)用光發(fā)送機(jī)中，為保證有穩(wěn)定可靠的輸出功率，以及使用、維護(hù)方便，往往要求有各種輔助控制電路。如自動(dòng)功率控制（apc）、自動(dòng)溫度控制（atc）、限流保護(hù)電路、壽面告警、無(wú)光告警電路等。2.4.2 光接射機(jī)數(shù)字光接收機(jī)在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的作用是將經(jīng)光纖光纜傳輸后衰減變形的微弱光脈沖信號(hào)通過(guò)光/電轉(zhuǎn)換成為電脈沖信號(hào)，并給予足夠的放大、均衡與定時(shí)再生還原成為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字脈沖信號(hào)。光纖數(shù)字通信系統(tǒng)接收機(jī)的組成方框圖如圖2.4

28、所示。圖2.4光接收機(jī)組成方框圖當(dāng)從光纖中輸出的微弱的光信號(hào)入射在光電檢測(cè)器的光敏面上時(shí)，光電檢測(cè)器將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。前置放大器放大從光電檢測(cè)器送來(lái)的微弱電信號(hào)，它是光接收的關(guān)鍵部分，要求它有足夠小的噪聲、適當(dāng)?shù)膸捄鸵欢ǖ男盘?hào)增益。主放大器的作用是進(jìn)一步放大信號(hào)，并且有一定的增益調(diào)整作用。均衡器將通過(guò)傳輸和放大后失真的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使之輸出適合于判決要求的脈沖形狀(一般為升余弦脈沖)。為了使光接收機(jī)的輸出保持恒定，采用了自動(dòng)增益控制電路(agc )，它由峰值檢波、直流放大和控制電路組成。為了判決再生，還要從主放大器的輸出提取時(shí)鐘信號(hào)。從判決電路輸出的數(shù)字信號(hào)送至接口，再進(jìn)行碼型反變換，恢復(fù)成

29、原來(lái)的碼型。1. 光檢測(cè)器光電檢測(cè)器的作用是將光纖輸出的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，它是影響光接收機(jī)性能的重要器件。目前，適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有pin光電二極管和雪崩光電二極管(apd)。2. 前置放大器前置放大器是一個(gè)輸入為高阻而輸出為低阻的放大器，并且有電流/電壓變換。前置放大器是光接收的關(guān)鍵部分之一，它直接影響接收機(jī)的靈敏度，因此它必須滿足信號(hào)傳輸要求的足夠帶寬、高增益、低噪聲性能。3. 主放大器及自動(dòng)增益控制經(jīng)過(guò)前置放大器放大的電信號(hào)送給主放大器進(jìn)行進(jìn)一步放大，主放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)普通寬帶放大器，它是在滿足一定帶寬情況下，提高信號(hào)的幅度而不須考慮噪聲，在開環(huán)情況下，一般要求主放

30、大器的增益達(dá)60db。在實(shí)際運(yùn)用中，光接收機(jī)所接收的光功率常常受到一些因素的影響而發(fā)生變化，如線路的長(zhǎng)度不同，線路衰減的變化，發(fā)送光功率的波動(dòng)，使得接收功率發(fā)生變化，為了保證主放大器輸出的恒定，就必須具有自動(dòng)增益控制功能，自動(dòng)增益控制電路應(yīng)該能保證放大器不要隨之而失真，且放大器的帶寬不會(huì)改變，一般要求自動(dòng)增益控制范圍為3050db，甚至更大。4. 均衡和濾波經(jīng)過(guò)主放大器放大后的電信號(hào)送給均衡濾波電路，均衡電路的主要作用是對(duì)經(jīng)過(guò)光纖線路傳輸，己發(fā)生畸變的和有嚴(yán)重碼間干擾的信號(hào)進(jìn)行均衡，使其變?yōu)榇a間干擾盡可能小的信號(hào)，以利于定時(shí)判決，由此可見，均衡起的作用是對(duì)某些頻率成分進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)某些頻率成分進(jìn)

31、行抑制或者濾除，同時(shí)，也對(duì)部分噪聲進(jìn)行濾除，最終使判決達(dá)到最佳，靈敏度損傷最小。均衡電路的輸出希望是理想的升余弦波或高斯波。但在實(shí)際電路的實(shí)現(xiàn)中是無(wú)法作到的，一般采用近似的方法即可取得較好的結(jié)果。5. 時(shí)鐘提取與判決判決器由判決電路和碼形成電路構(gòu)成。判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路合起來(lái)構(gòu)成脈沖再生電路，脈沖再生電路的作用是將均衡器輸出的信號(hào)，例如，一升余弦頻譜脈沖，恢復(fù)為“0”或“1”的數(shù)字信號(hào)。6. 接收機(jī)靈敏度接收機(jī)的靈敏度是表征光接收機(jī)調(diào)整到最佳工作狀態(tài)時(shí)，光接收機(jī)接收微弱光信號(hào)的能力。在數(shù)字接收機(jī)中，允許脈沖判決有一定的誤差范圍。如果接收機(jī)將“1”碼誤判為“0”碼，或者將“0”碼誤判為“1”碼，

32、這就叫1個(gè)錯(cuò)誤比特。如果在100個(gè)比特中判錯(cuò)了一個(gè)比特，則稱誤比特率為1/100即10-2。一般要求系統(tǒng)的誤比特率小于10-9，即10億個(gè)脈沖中只容許發(fā)生一個(gè)誤碼。影響接收機(jī)靈敏度的主要因素是噪聲，表現(xiàn)為信噪比。信噪比越大，表明接收電路的噪聲越小，對(duì)靈敏度影響越小。光接收機(jī)靈敏度是系統(tǒng)性能的綜合反映，除了上述接收機(jī)本身的特性以外，接收信號(hào)的波形也對(duì)靈敏度產(chǎn)生影響，而接收信號(hào)的波形主要由光發(fā)送機(jī)的消光比和光纖的色散來(lái)決定。光接收機(jī)靈敏度還與傳輸信號(hào)的碼速有關(guān)，碼速越高，接收靈敏度就越差。這就影響了高速傳輸系統(tǒng)的中繼距離。速率越高，接收機(jī)靈敏度越差，中繼距離就越短。7. 接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前

33、置放大器輸出的信號(hào)一般較弱，不能滿足幅度判決的要求，因此還必須加以放大。在實(shí)際光纖通信系統(tǒng)中，光接收機(jī)的輸入信號(hào)將隨具體的使用條件而變化。造成這種變化的原因，可能是由于溫度變化引起了光纖損耗的變化，也可能是由于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的光接收機(jī)，使用在不同的系統(tǒng)中，光源的強(qiáng)弱不同，光纖的傳輸距離也不同。這樣，傳給光接收機(jī)的光功率就不可能一樣。為了使光接收機(jī)正常工作，接收信號(hào)不能太弱，否則會(huì)造成過(guò)大的誤碼。但接收信號(hào)也不能太強(qiáng)，否則會(huì)使接收機(jī)放大器過(guò)載，而造成失真。因此光接收機(jī)正常工作時(shí)，接收光信號(hào)的強(qiáng)度應(yīng)該有一個(gè)范圍。把光接收機(jī)在保證一定的誤比特率條件下，所能接收的最大光功率與最小光功率之差，稱作光接收

34、機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。一般希望光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍越大越好，實(shí)際中一般為16-20db。2.5 同步技術(shù)數(shù)字通信的特點(diǎn)之一是通過(guò)時(shí)間分割來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，即時(shí)分多路復(fù)用。在通信過(guò)程中，信號(hào)的處理和傳輸都是在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行的。為了使整個(gè)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠地工作，收、發(fā)雙方必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)就是靠定時(shí)系統(tǒng)去完成收、發(fā)雙方時(shí)間的一致性，即同步。同步系統(tǒng)性能的好壞將直接影響到通信質(zhì)量的好壞，甚至?xí)绊懙酵ㄐ拍芊裾＿M(jìn)行。同步系統(tǒng)就像數(shù)字通信設(shè)備和系統(tǒng)的神經(jīng)中樞一樣，是保證通信系統(tǒng)正常工作的前提。在這里，我們主要介紹位同步和幀同步。2.5.1 位同步位同步又稱為碼元同步，或比特同步。不管

35、是基帶傳輸，還是頻帶傳輸，都需要位同步。因?yàn)樵跀?shù)字通信系統(tǒng)中，消息是由一連串碼元序列傳遞的，這些碼元通常都具有相同的持續(xù)時(shí)間。由于傳輸信道的不理想，以一定速率傳輸?shù)浇邮斩说臄?shù)字信號(hào)，必然是混有噪聲和干擾的失了真的波形。為了從該波形中恢復(fù)出原始的基帶數(shù)字信號(hào)，就要對(duì)它進(jìn)行取樣判決。因此，要在接收端產(chǎn)生一個(gè)“碼元定時(shí)脈沖序列”，這個(gè)碼元定時(shí)序列的重復(fù)頻率和相位(位置)要與接收碼元一致，這樣才能保證：1.接收端的定時(shí)脈沖重復(fù)頻率和發(fā)送端的碼元速率相同。2.取樣判決時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)最佳取樣判決位置。這個(gè)碼元定時(shí)脈沖序列稱為“碼元同步脈沖”或“位同步脈沖”。通常，我們把位同步脈沖與接收碼元的重復(fù)頻率和相位的一致

36、稱為位同步或碼元同步，而把同步脈沖的取得稱為位同步提取。2.5.2 幀同步幀同步也稱為群同步。對(duì)于數(shù)字信號(hào)傳輸來(lái)說(shuō)，數(shù)字信號(hào)是按照一定的數(shù)據(jù)格式傳送的，一定數(shù)目的信息碼元組成一“字”，若干“字”組成一“句”，若干“句”構(gòu)成一幀，從而形成幀的數(shù)字信號(hào)序列。接收端要正確地恢復(fù)消息，就必須識(shí)別句或幀的起始時(shí)刻。在數(shù)字時(shí)分多路通信系統(tǒng)中，各路信碼都安排在指定的時(shí)隙內(nèi)傳送，形成一定的幀結(jié)構(gòu)。在接收端為了正確地分離各路信號(hào)，必須識(shí)別出每幀的起始時(shí)刻，從而找出各路時(shí)隙的位置，即接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時(shí)間相一致的定時(shí)信號(hào)，稱獲得這些定時(shí)序列為幀(或群)同步。幀同步的任務(wù)就是在位同步的基礎(chǔ)上識(shí)別出數(shù)字信

37、息群(字、句、幀)的起始時(shí)刻，使接收設(shè)備的幀定時(shí)與接收到的信號(hào)中的幀定時(shí)處于同步狀態(tài)。換句話說(shuō)，幀同步就是確定每幀的起始時(shí)刻，確定了這個(gè)時(shí)刻，就可以根據(jù)預(yù)定的幀結(jié)構(gòu)來(lái)確定幀的長(zhǎng)度和其中字、句的位置了。插入特殊碼組實(shí)現(xiàn)幀同步的方法有兩種，即集中式插入法和間隔式插入法。集中式插入法又稱為連貫式插入法。這種方法就是將幀同步碼以集中的形式插入在一幀的開始，此方法的關(guān)鍵是要找出作為幀同步碼組的特殊碼組。這個(gè)特殊碼組一方面在信息碼元序列中不易出現(xiàn)以便于識(shí)別，另一方面識(shí)別器也要盡量簡(jiǎn)單。圖2.5 間隔式插入群同步方式間隔式插入法又稱為分散式插入法。它是將幀同步碼以分散的形式插入信息碼流中。這種方式比較多地應(yīng)

38、用在多路數(shù)字電路系統(tǒng)中。間隔式插入法如圖2.5所示，幀同步碼均勻分散地插入在一幀之內(nèi)。幀同步碼可以是1,0交替碼型。在接收端檢測(cè)出幀同步信息后，再得出分路定時(shí)脈沖。間隔式插入法的的缺點(diǎn)是當(dāng)失步時(shí)，同步恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，因?yàn)槿绻l(fā)生了幀失步，則需要逐個(gè)碼位進(jìn)行比較檢驗(yàn)，直到重新收到幀同步的位置，才能恢復(fù)幀同步。此類方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，因?yàn)椴幌蠹惺讲迦敕菢?，幀同步信?hào)集中插入在一起，而是要將幀同步碼在每一個(gè)子幀里插入一位碼，這樣幀同步碼編碼后還需要加以存儲(chǔ)。第3章 系統(tǒng)模塊的連接3.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊與d/a轉(zhuǎn)換模塊3.1.1 ad574a特點(diǎn)ad574a由一片模擬電路和一片數(shù)字電路組成

39、的混合式集成芯片，是一個(gè)完整的逐位比較式12位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有可與8位、12位或16位單片微機(jī)直接接口的三態(tài)輸出緩沖器。3.1.2 ad574a管腳1. ad574a有兩組控制管腳：一般控制管腳（ce、cs、r/c)和內(nèi)部寄存器控制管腳（12/8和a0）。ce、cs、r/c：主要控制啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀允許。當(dāng)ce=1,cs=0,r/c=0時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；當(dāng)ce=1,cs=0,r/c=1時(shí)，讀允許14。2. 內(nèi)部寄存器控制管腳12/8和a0：主要控制數(shù)據(jù)輸出形式和轉(zhuǎn)換時(shí)間的長(zhǎng)短。若12/8=1，當(dāng)一般控制管腳發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令時(shí)12根輸出數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)均有效；若12/8=0，對(duì)于一個(gè)8位的接口，則根據(jù)a0

40、的狀態(tài)來(lái)確定是高8為有效還是低4位有效。這時(shí)數(shù)據(jù)線低4位要硬連接到數(shù)據(jù)線高4位上。在這種情況下，若a0=0讀出高8位數(shù)據(jù)；若a0=1，高8位數(shù)據(jù)線禁止，讀出低4位數(shù)據(jù)。在轉(zhuǎn)換周期開始前，若a0處于低電平，完成完整的12位轉(zhuǎn)換需要25us；若a0處于高電平，僅完成8位轉(zhuǎn)換，大約需要16us。為了與8位總線接口，需占據(jù)兩個(gè)存儲(chǔ)器地址（用a0來(lái)選擇）當(dāng)a0為低時(shí)，執(zhí)行的寫操作是啟動(dòng)一次完整的12位轉(zhuǎn)換周期；而當(dāng)a0為高時(shí)，執(zhí)行的寫操作是啟動(dòng)一次8位的短轉(zhuǎn)換周期這樣的讀數(shù)精度低而速度快。3. sts為狀態(tài)線，當(dāng)轉(zhuǎn)換開始時(shí)，它變高；在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，一直維持為高；轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)，它將變?yōu)榈汀?.1.3 a/

41、d轉(zhuǎn)換模塊電路圖3.1 a/d轉(zhuǎn)換模塊連接電路3.2 d/a轉(zhuǎn)換模塊3.2.1 d/a轉(zhuǎn)換器原理及接法d/a轉(zhuǎn)換器的作用是完成信號(hào)由數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。數(shù)字量是由二進(jìn)制代碼按數(shù)位組合起來(lái)的。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量得轉(zhuǎn)換，必須將每位代碼按其權(quán)值的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將各路模擬量相加，其總和就是數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量，這就是d/a轉(zhuǎn)換器的基本原理。為與發(fā)送端相對(duì)應(yīng)，本系統(tǒng)接收端必須采用12bitd/a轉(zhuǎn)換器。d/a轉(zhuǎn)換芯片采用adi公司ad5445，其轉(zhuǎn)換速率為20msps，ad5445管腳的功能如表3.1。表3.1 ad5445各管腳功能管腳號(hào)管腳名功能1iout1數(shù)模轉(zhuǎn)換電流輸出2iou

42、t2模擬地輸入端，3gnd接地4-15db0-db11數(shù)字信號(hào)輸入端16cs芯片使能控制端輸入，低電平有效17r/w讀/寫控制；低電平時(shí)，寫入數(shù)字信號(hào)18vdd2.5v5.5v正電壓供電19vref參考電壓輸入端，范圍為-10+10v0rfb反饋電阻引腳3.2.2 d/a轉(zhuǎn)換模塊電路根據(jù)前面分析，d/a轉(zhuǎn)換模塊電路及其與cpld的連接設(shè)計(jì)如圖3.2。ad5445采用+5v供電；數(shù)字信號(hào)輸入端db0db11同cpld的12位數(shù)據(jù)輸出端相連，電容c6、c7起穩(wěn)壓作用（c9c10、c11c12、c13c14同理）；運(yùn)放am741采用12v電壓供電；芯片adr01的作用是將+12v電壓（vdd）轉(zhuǎn)換成

43、+10v電壓，輸入到vref。圖3.2 d/a轉(zhuǎn)換模塊連接電路3.3 cpld模塊3.3.1 cpld的概述cpld是現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列的簡(jiǎn)稱，是可編程邏輯器件的一種。它是在pal, gal等小規(guī)模邏輯器件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同以往pal, gal等相比較，它的規(guī)模比較大，可以代替幾十甚至幾千塊通用ic芯片。這樣的cpld實(shí)際上就是一個(gè)子系統(tǒng)部件。這種芯片得到電子設(shè)計(jì)人員的廣泛關(guān)注和普遍歡迎。與門陣列等其它asic (application specific ic)相比，它們又具有設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、設(shè)計(jì)制造成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無(wú)需測(cè)試、質(zhì)量穩(wěn)定以及可實(shí)時(shí)在線檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于

44、產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)(一般在10000件以下)之中。經(jīng)過(guò)了十幾年的發(fā)展，許多公司都開發(fā)出了多種可編程邏輯器件。比較典型的就是xilinx公司和altera公司的fpga器件系列。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的就是主流廠家altera公司生產(chǎn)的一款性價(jià)比很高的max7000s15系列的cpld器件。3.3.2 max7000s功能特性及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)max7000s系列器件是以altera公司的第二代多陣列矩陣結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的一種現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(cpld)，它采用先進(jìn)的0.8umcmos技術(shù)制造。集成了600-5000個(gè)可用門，其引腳到引腳的延時(shí)可達(dá)5ns，應(yīng)用廣泛。max7000s系列器件內(nèi)部包括五個(gè)部分1

45、6：邏輯陣列塊(logicarrayb1ocklab)、宏單元(macrocells)、拓展乘積項(xiàng)(expander product terms e-pt),可編程連線陣列(programmable interconnect arrays pia)和i/o控制塊(i/o control blocks ioc)。除此之外，還有全局時(shí)鐘輸入和全局輸出使能控制線，它們可以作為一般的輸入使用。1. 邏輯陣列塊lab邏輯陣列塊是max7000s系列器件中最大的邏輯單元，每個(gè)邏輯陣列塊由16個(gè)宏單元構(gòu)成，它們與各自對(duì)應(yīng)的i/o控制塊相連，4個(gè)邏輯陣列塊通過(guò)可編程連線陣列pia和全局總線連接在一起.全局總線

46、由所有的專用輸入、i/o引腳和宏單元反饋構(gòu)成，不同邏輯陣列塊之間的連接，正是利用它們來(lái)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的邏輯功能。每個(gè)邏輯陣列塊有如下輸入信號(hào)：(1)來(lái)自通用邏輯輸入的p1a的36個(gè)信號(hào)；(2)用于存儲(chǔ)器輔助功能的全局控制信號(hào)；(3)從i/o引腳到寄存器的直接輸入通道，用以實(shí)現(xiàn)max7000s器件的快速建立。2. 宏單元max7000s系列器件的具體邏輯單元稱為宏單元，它們可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種具體的邏輯功能。宏單元由邏輯陣列、乘積項(xiàng)選擇矩陣和可編程觸發(fā)器構(gòu)成，邏輯陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)，每個(gè)宏單元提供5個(gè)乘積項(xiàng)。通過(guò)乘積項(xiàng)選擇矩陣實(shí)現(xiàn)對(duì)這5個(gè)乘積項(xiàng)的邏輯函數(shù)或者這5個(gè)乘積項(xiàng)作為宏單元的觸發(fā)器的輔

47、助輸入。3. 拓展乘積項(xiàng)大多數(shù)邏輯函數(shù)能夠用一個(gè)宏單元的5個(gè)乘積項(xiàng)實(shí)現(xiàn)，但一些復(fù)雜的邏輯函數(shù)需要附加乘積項(xiàng)才能實(shí)現(xiàn)。為了提供所需的邏輯資源，可以利用另一個(gè)宏單元內(nèi)部的邏輯資源。max7000s結(jié)構(gòu)允許利用其提供的共享和并聯(lián)擴(kuò)展乘積項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不是利用另一個(gè)宏單元。這兩種擴(kuò)展項(xiàng)作為附加的乘積項(xiàng)可以直接送到本邏輯陣列塊的任意宏單元中。由于使用了擴(kuò)展乘積項(xiàng)，從而在實(shí)現(xiàn)邏輯綜合時(shí)，能用盡可能多的邏輯資源，實(shí)現(xiàn)比較快的工作速度。4. 可編程連線陣列pia通過(guò)可編程連線陣列pia，可以把各邏輯陣列塊相互連接，構(gòu)成用戶所需要的邏輯功能。該全局總線是可編程的通道，它可以把器件中的任何信號(hào)源連接到其目的地上。所

48、有max7000s的專用輸入、i/o引腳和宏單元的輸出都會(huì)饋送到pla, pia再把這些信號(hào)送到整個(gè)器件內(nèi)部的各個(gè)地方。只有每個(gè)邏輯陣列塊所需要的信號(hào)才真正給它提供從pia到該邏輯陣列塊lab的連線。5. i/o控制塊ioc每個(gè)邏輯陣列塊與外界i/o引腳之間有一個(gè)i/o控制塊，i/o控制塊允許每個(gè)i/o引腳單獨(dú)地配置為輸入、輸出或雙向工作方式。i/o控制塊中主要使用三態(tài)門及使能控制電路。一個(gè)i/o控制塊由8-16個(gè)三態(tài)門和使能控制電路組成17。所有i/o引腳都有一個(gè)三態(tài)輸出緩沖器，它的使能端受可編程數(shù)據(jù)選擇器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)。3.3.3 cpld芯片的連接電路 cpld的連接電路如圖3.3圖3.3

49、 cpld的連接電路3.4 編/譯碼模塊3.4.1編碼模塊 由于線路碼型是用于傳輸?shù)拇a型，因此在光發(fā)送機(jī)中，必須將普通的二進(jìn)制碼流進(jìn)行碼型轉(zhuǎn)變，即進(jìn)行編碼，成為線路碼去調(diào)制光源器件，變成光脈沖送到光纖中傳輸。需要強(qiáng)調(diào)的是，為了正確譯碼，接收端必須考慮組同步的問(wèn)題。18 發(fā)送端編碼器選用是cypress半導(dǎo)體公司推出的一種用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間高速串行數(shù)據(jù)通信的發(fā)送芯片cy7b92319，與接收部分的接收芯片配套使用。芯片cy7b923的內(nèi)部電路主要包括輸入寄存器、編碼器、時(shí)鐘發(fā)生器、移位器、測(cè)試邏輯和三對(duì)pecl輸出端口。編碼器和光/電轉(zhuǎn)換模塊的互連20,根據(jù)對(duì)編碼碼芯片的結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)功能的分析，圖3

50、.4給出了編碼芯片與光收發(fā)模塊的連接電路以及其部分的外圍電路。我們用的芯片的工作方式是編譯碼方式，圖中mode控制的就是編碼還是旁通方式，data為數(shù)據(jù)輸入輸出端，和狀態(tài)信息輸出端（sc/d、rvs、rdy）與cpld數(shù)據(jù)輸入輸出端連接。refclk上的時(shí)鐘信號(hào)都是由外部晶振提供。圖3.4 編碼器的連接電路3.4.2 譯碼模塊接收端譯碼器選用是cypress半導(dǎo)體公司推出的一種用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間高速串行數(shù)據(jù)通信的接收芯片cy7b933，與發(fā)送部分的發(fā)送芯片配套使用。芯片cy7b833的內(nèi)部電路主要包括兩對(duì)pecl串行輸入接口、pecl/ttl電平轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘同步器、成幀器、移位器、譯碼寄存器、譯碼

51、器、輸出寄存器和測(cè)試邏輯等幾部分。譯碼器和光/電轉(zhuǎn)換模塊的互連,根據(jù)對(duì)譯碼芯片的結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)功能的分析，圖3.5給出了譯碼芯片與光收發(fā)模塊的連接電路以及其部分的外圍電路。圖3.5譯碼芯片的連接電路圖中mode控制的就是譯碼還是直通方式，data為數(shù)據(jù)輸入輸出端，和狀態(tài)信息輸出端（sc/d、rvs、rdy）與cpld數(shù)據(jù)輸入輸出端連接。refclk上的時(shí)鐘信號(hào)都是由外部晶振（與編碼芯片相同）提供，系統(tǒng)中譯碼芯片與光纖驅(qū)動(dòng)模塊之間的引線采用直流耦合連接方式，匹配電阻應(yīng)盡量靠近終端模塊。光接收模塊上有一個(gè)引出信號(hào)sd，它為斷纜信號(hào)，把它與譯碼芯片的ib-端口相連，當(dāng)接收器接收不到光信號(hào)時(shí)，sd會(huì)通過(guò)

52、ib-給譯碼器一個(gè)信號(hào)，通過(guò)譯碼器的pecl-ttl轉(zhuǎn)換電路從so端輸出一個(gè)ttl信號(hào)，so端口與cpld的使能控制端相連，這個(gè)ttl信號(hào)就會(huì)有效時(shí)cpld不工作或無(wú)輸入輸出，斷纜指示燈亮。斷纜信號(hào)主要是從整個(gè)系統(tǒng)的安全性考慮的。3.5 光/電、電/光轉(zhuǎn)換模塊在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)要求光纖傳輸?shù)乃俾什⒉皇呛苁指吆蛡鬏斁嚯x也不是很遠(yuǎn)，所以此模塊可使用集成光收發(fā)模塊。光纖收發(fā)模塊選用的是惠普公司的hfbr-5103/-5103t，其集成度高，接口簡(jiǎn)單，傳輸速度高達(dá)150mbps，抗電磁干擾能力強(qiáng)，使用十分方便，因而在光纖傳輸系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。3.5.1 光收發(fā)模塊結(jié)構(gòu)及功能 模塊由光發(fā)送和光接

53、收兩部分組成。在光發(fā)送部分，光源發(fā)出的光波長(zhǎng)為1300nm。這個(gè)led光源和一些集成電路一同被封裝在一起，形成了光發(fā)送部分。這些集成電路能進(jìn)行差分(pecl)電平與ttl電平的轉(zhuǎn)換。關(guān)于pecl電路的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍在前面已經(jīng)介紹。在光接收部分，所用的光電檢測(cè)器件pin光電二極管。這個(gè)光電二極管和一些帶有前置放大器的集成電路封裝在一起。這個(gè)前置放大器能對(duì)由光電二極管檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行整形和放大。同樣，該部分的數(shù)據(jù)也兼容于pecl電平。該模塊的總體封裝包括兩個(gè)基本的原件:兩個(gè)光學(xué)器件和兩個(gè)電子元器件。在發(fā)送部分，直接由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)led二極管發(fā)光，這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路包括調(diào)制電路和控制電路。在接收部分，主要

54、由前置放大器、主放大器兩部分組成，在接收端的電路部分也能自動(dòng)完成信號(hào)放大、自動(dòng)增益控制等功能。所以，在這里只要我們選擇正確的接口芯片后，可以直接應(yīng)用它們，而不需要在另外設(shè)計(jì)電路來(lái)配合使用led發(fā)光二極管和pin光電二極管了。3.5.2 光收發(fā)模塊連接電路在接收端，集成光收發(fā)模塊與譯碼器之間的電路連接采用pecl電平傳輸模式。芯片hfbr-5103采用+5v供電，其外圍電路的連接方法采用hfbr-510芯片手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)接法。其中，vcc端口為光信號(hào)輸入端，、端與譯碼器的差分電平輸入端相連。sd端為斷纜信號(hào)輸出端。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 eda技術(shù)概述 eda是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(electroni

55、cdesignautomation)的英文縮寫，是20世紀(jì)90年代初從cad(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、cam(計(jì)算機(jī)輔助制造),cat(計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試)和cae(計(jì)算機(jī)輔助工程)的概念發(fā)展而來(lái)的。eda技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，在eda軟件平臺(tái)上，根據(jù)硬件描述語(yǔ)言hdl完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合及優(yōu)化、布局線、仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 4.2 開發(fā)軟件介紹 eda技術(shù)在當(dāng)代迅猛發(fā)展，同時(shí)各種eda軟件也如雨后春筍般呈現(xiàn)在用戶面前。它們一般分為兩種，一種是專業(yè)的芯片制造商為推廣自己的芯片而開發(fā)的專業(yè)eda軟件，altera公司推出的max

56、十plus ii就屬于此類。另一種是eda軟件商提供的第三方軟件。下面就對(duì)max+plus ii軟件21進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。4.2.1 max+plus ii簡(jiǎn)史 max+ plusii是multiple array matrix and programmable logic user system ii的英文縮寫，它中文全稱是復(fù)陣列矩陣及可編程邏輯用戶系統(tǒng)。max+plus ii是altera公司專為本公司生產(chǎn)的cpld的研制和應(yīng)用而開發(fā)的軟件，它隨著器件的日益高度集成而迅速發(fā)展。4.2.2 max+plus ii具有的特點(diǎn) altera公司的開發(fā)軟件max十plusii .是比較出色的eda軟件之一，它界面豐富，使設(shè)計(jì)靈活、方便、高效。因此，本次課題設(shè)計(jì)中選擇該軟件作為cpld開發(fā)平臺(tái)。下面對(duì)max+ plus 11軟件的特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹如下:1. 開放的界面。max+plusii 軟件可與其它工