40Gb/s甚短距离光传输系统的硬件实现及测试技术的研究

摘要

甚短距离光传输技术（VSR，Very Short Reach）针对机房内短距离低成本设备互联的需要，基于低成本的垂直腔面发射激光器，采用并行光传输，降低了端口的传输速率，具有很高的性价比。其中VSR-5是针对OC-76840Gbps的甚短距离光互联规范，OIF-VSR5-01．0中有三种解决方案。本文采用其中的12路并行传输解决方案，其中的一个主要模块是16：12转换器，实现SFI-5接口到VSR5接口之间的转换。 本文研究了40Gbps甚短距离光互联中SFI-5接口的FPGA实现和测试技术。首先分析了Altera GX FPGA的高速I/O口GXB和2GXB的工作特性。根据高速收发器和高速差分接口时钟管理单元功能复杂的特点，本文采取了一系列管脚和时序约束措施，保证了收发器的稳定工作。接着给出了16：12转换器中与SFI-5接口相关的模块包括帧同步、去斜移、16：12映射等模块的RTL级设计。 在此基础上设计实现了SFI-5接口的验证板。根据高速收发器含有多达五种电源和其时钟管理单元对时钟驱动和时钟相位的高要求，在原理图设计时充分考虑了电源的完整性和时钟网络的可靠性，保证了后续测试工作的顺利进行。在进行SFI-5接口的17路2．5Gbps接口的PCB布局和布线时，也充分考虑了信号完整性问题，并采用基于IBIS模型的信号完整性仿真工具Hyperlynx，对特定条件下的信号传输和串扰进行了仿真。最后，在搭建的SFI-5接口的测试平台上，进行了帧同步、去斜移、16：12映射等模块的测试，结果表明设计满足要求。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 VSR的应用范围

1.3 VSR技术的研究现状和发展趋势

1.4 本文主要研究内容和结构安排

第2章 VSR-5系统简介

2.1 VSR-5系统解决方案

2.1.1 12路并行光模块解决方案

2.1.2 4通道CWDM解决方案

2.1.3 串行传输解决方案

2.2 VSR-5系统实现

2.3 去斜移算法

第3章 40Gbps甚短距离并行光互连的FPGA设计

3.1 FPGA设计流程

3.2 系统的FPGA实现结构

3.3 Straix GX和Stratix ⅡGX简介

3.4 甚短距离光互联高速接口的设计

3.4.1 高速收发器(Transceiver)介绍

3.4.2 高速收发器的使用要点

3.4.3 40Gbps甚短距离光传输系统中的高速接口设计

3.4.4 LVDS差分接口的设计

3.5 40Gbps甚短距离光互联的RTL级设计

3.5.1 帧同步电路

3.5.2 去斜移模块

3.5.3 16：12映射模块的实现

第4章 SFI-5验证板的设计与实现

4.1 SFI-5验证板布局

4.2 SFI-5验证板原理图设计

4.2.1 管脚和时序约束

4.2.2 时钟网络

4.2.3 Stratix GX电源和地设计

4.2.4 Stratix GX层叠设计

4.2.5 下载设计

4.2.6 功耗分析

4.2.7 晶振

4.3 PCB设计

4.4 电路板的调试

4.4 信号完整性仿真

4.4.1 信号完整性仿真概述

4.4.2 IBIS模型

4.4.3 Linesim仿真

第5章 SFI-5接口的测试

5.1 测试设备使用

5.1.1 SignalTapⅡ逻辑分析仪

5.1.2 Agilent 81250

5.2 测试方案

5.2 测试结果

第6章 全文总结

6.1 本文已经取得的研究成果

6.2 待进一步研究的问题

致谢

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文