采用FPGA解決通信接口問題

a.與串并行轉(zhuǎn)換器相連的光電器件

在高速光纖通信系統(tǒng)中,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,即在光纖傳輸時(shí)的串行格式及在電子處理時(shí)的并行格式之間轉(zhuǎn)換。串化器-解串器 (一般被稱作串并行轉(zhuǎn)換器) 就是用來實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的。串并行轉(zhuǎn)換器與光電傳感器間的接口通常為高速串行數(shù)據(jù)流,利用一種編碼方案實(shí)現(xiàn)不同信令,這樣可從數(shù)據(jù)恢復(fù)嵌入的時(shí)鐘。視乎所支持的通信標(biāo)準(zhǔn),該串行流可在1.25Gb/s (千兆以太網(wǎng))、2.488Gb/s (OC-48 / STM-16)、9.953Gb/s (OC-192 / STM-64) 或10.3Gb/s (10千兆以太網(wǎng))條件下傳輸。

b.串并行轉(zhuǎn)換器至成幀器接口

在Sonet / SDH的世界中,光纖中的數(shù)據(jù)傳輸往往采用幀的形式。每幀包括附加信息(用于同步、誤差監(jiān)視、保護(hù)切換等)和有效載荷數(shù)據(jù)。傳輸設(shè)備必須在輸出數(shù)據(jù)中加入幀的附加信息,接收設(shè)備則必須從幀中提取有效載荷數(shù)據(jù),并用幀的附加信息進(jìn)行系統(tǒng)管理。這些操作都會(huì)在成幀器中完成。

由于成幀器需要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的數(shù)字邏輯,因而決定了串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間所用的接口技術(shù),采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造的高集成度IC。目前的CMOS工藝不能支持10Gb/s串行數(shù)據(jù)流(盡管很多人認(rèn)為未來的CMOS工藝可以實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能),因此串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間需要并行接口。目前最流行的選擇是由光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)論壇 (Optical Internetworking Forum) 開發(fā)的SFI-4,該接口使用兩個(gè)速度達(dá)622Mb/s的16位并行數(shù)據(jù)流(每個(gè)方向一個(gè))。SFI-4與目前很多新興接口一樣,使用源同步時(shí)鐘,即時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)共同由傳輸器件傳輸。源同步時(shí)鐘可顯著降低時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)間的偏移,但它不能完全消除不匹配PCB線路長度引起的偏移效應(yīng)。16個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)均使用IEEE-1593.6標(biāo)準(zhǔn)LVDS信令。該接口僅需在串并行轉(zhuǎn)換器與成幀器間來回傳輸數(shù)據(jù),距離較短,因此無需具備復(fù)雜的流控制或誤差檢測(cè)功能。

以太網(wǎng)中也存在類似接口。在10千兆以太網(wǎng)PHY的物理編碼子層(PCS)與物理介質(zhì)連接(PMA)層之間,IEEE-802.3ae規(guī)范提供了一種被稱作XSBI的接口。這種10千兆16位接口在每個(gè)方向都具有16位并行數(shù)據(jù)流及源同步時(shí)鐘。數(shù)據(jù)和時(shí)鐘均使用IEEE-1593.6標(biāo)準(zhǔn)LVDS信令。數(shù)據(jù)通道使用64b/66b編碼方案,其時(shí)鐘頻率為644MHz。

該10千兆以太網(wǎng)規(guī)范使用串行接口連接MAC(介質(zhì)訪問控制)層和PHY(物理)層。這個(gè)被稱作XAUI的接口,也被稱為10千兆連接單元接口,這是一種使用四通道的串行接口,每個(gè)通道傳輸2.5Gb/s有效載荷數(shù)據(jù),8b/10b編碼使每個(gè)通道
的比特率高達(dá) 3.125Gb/s。該接口一般用于連接MAC和包含PHY及光器件的獨(dú)立模塊。根據(jù)幾家制造商的多源協(xié)議開發(fā)的Xenpak光模塊使用XAUI接口。后文還將提到XAUI也用于系統(tǒng)背板。