10Gb/s光收发模块的设计与实现

摘要

在现代信息网络中，光纤通信由于其在传输距离和带宽方面具有的无可比拟的优势占据着主导地位。随着宽带接入的不断普及以及数据业务和语音、视频、图像等多媒体综合业务的蓬勃发展，随着国家光进铜退、三网（电信网、广播电视网、互联网）合一的逐步推进，作为光纤通信设备中一个重要组成部分，承载着O/E转换功能的光模块在最近几年里也取得了突飞猛进的发展。光模块的发送、接收速率持续提高，也涌现出了多种封装形式，如1*9(9 Pins)、GBIC(Gigabit Interface Converter)、SFP(Small Form-factor Pluggables)、SFP+(SFP扩展)、X2（X-wavelength Two ports）和 XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)等。其中XFP是一种数据透明的多速率光收发模块，其应用与协议无关，且具有价格低、小型化、可热插拔等优点，业已成为最流行的10G光模块封装形式。
　　本文首先详细介绍XFP光收发一体模块的结构﹑原理以及各部分的功能和具体实现，然后根据其所要实现的关键指标，提出整体设计方案，包括光模块的硬件电路设计﹑Firmware的功能﹑DDMI的实现，并给出了最终的测试结果。
　　本文设计的 XFP光模块，主芯片采用 Gennum公司的光收发一体芯片GN2010E，其集成了CDR（时钟恢复）﹑EML laser driver﹑Limiting amplifier；TOSA(Tansmitter Optical Subassembly)采用 EML laser（电吸收调制激光器）， ROSA(Receiver Optical Subassembly)采用 APD（雪崩光电二极管），单片机采用ADuC7020。光模块可以调试AOP（平均光功率）和ER（Extinction ratio，消光比），并具有DDMI（Digital Diagnostic Monitoring Interface，数字诊断）功能。接口采用XFI，完全符合XFP MSA协议规定，且支持热插拔。笔者搭建了光模块测试系统，采用 Tektronix公司的 CSA8200进行光眼图测试，采用 CENTELLAX公司的TG1B1-A进行误码测试。本文设计的 XFP光模块符合 INF-8077i协议并兼容SFF-8472协议。
　　测试结果表明，本文设计的XFP光模块各项指标均达满足80Km传输要求，发射光功率、消光比、光调制幅度、眼图以及接收灵敏度等几项关键指标均领先于国内同类产品，达到了预期设计目标。

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第一章 绪论

1.1研究背景以及研究意义

1.2 国内外10Gb/s光收发模块研究现状

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文的组织

1.5 本章小结

第二章 XFP光收发模块原理与硬件电路设计

2.1 XFP光模块总体设计

2.2 XFI电接口设计

2.3 发端设计

2.4 收端设计

2.5 光收发一体芯片

2.6 MCU电路设计

2.7 本章小结

第三章 XFP光模块Firmware设计

3.1 XFP光模块主程序的设计与分析

3.2 XFP光模块调测接口的设计与分析

3.3 Firmware代码

3.4本章小结

第四章 XFP光模块数字诊断功能的设计与实现

4.1数字诊断功能的原理

4.2 数字诊断功能的具体实现

4.3 数字诊断范围及精度

4.4 本章小结

第五章 XFP光模块性能测试

5.1 测试仪器

5.2 发端性能测试

5.3 收端性能测试

5.4 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献