40Gb_s甚短距离并行光传输信号格式转换模块实现

40Gb_s甚短距离并行光传输信号格式转换模块实现 光 电 子 ?激 光 Vol . 20 No . 3 Ma r . 2009 第 20 卷 第 3 期 2009 年 3 月 Journalo f Optoelectro icns ?Laser 光?电子信息技术 ? 33 40 Gb /s 甚短距离并行光传输信号格式转换模块实现 3 3 刘丰满, 陈雄斌 , 刘 博 , 杨 宇 , 陈弘达 () 中国科学院半导体研究所 ,集成光电子学国家重点联合实验室 ,北京 100083 () 摘要 :根据 OIF2VSR5201. 0 的 CWDM 协议 ,对 40 Gb/ s 甚短距离VSR并行光传输电信号转换实现原理和方 () 法进行了研究 ,在高速的可编程逻辑器件 FP GA field programmable gate array上 ,使用硬件描述语言 ,完成了对 时钟数据恢复、信道去斜移、64 b/ 66 b 转换、帧对准和扰码与解扰等功能模块的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,实现了 SFI25 接口与 OIF2 VSR5201. 0 接口电信号格式的相互转换 ,建立了符合 4 信道 CWDM 协议的 IP 核。 () 关键词 :甚短距离VSR; 帧同步; 64 b/ 66 b ; OC2768 ; CWDM () 文章编号 :100520086 20090320316205 中图分类号 : TN929. 11 文献 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 码 :A Accomplishment of signal transf ormation module of 40 Gbit/ s very short reach parallel optical transmission system 3 3 L IU Feng2man , CH EN Xiong2bin , L IU Bo , YAN G Yu , CH EN Hong2da (State Key Laboratory of Integrated Optoelect ronics , Instit ute of Semiconductors , Chinese Academy of Sciences , )Beijing 100083 ,China ( ) Abstract : The principle and met hod of signal t ransformation in t he 40 Gb/ s very short reach VSRpar2 allel optical t ransmission system was researched according to t he OIF2VSR5201. 0 CWDM agreement . The modules of clock and data recovery , channel alignment , 64 b/ 66 b t ransform ,f rame alignment , scrambler and descrambler were designed on t he programmable logic device FP GA using hard description language. The elect rical signal t ransform bet ween SFI25 interface and OIF2VSR5201. 0 interface were re2 alized. The simulation result s show t hat all t he modules meet t he requirement s of system ,while IP core is established conforming to four2channel CWDM agreement . ( ) Key words :very short reach VSR; f rame alignment ; 64 b/ 66 b ; OC2768 ; CWDM 现电信核心局内路由器、SD H 设备、交纤叉连接设备、DWDM 1 引 言OC2768 连接的较好选择。 设备间以及这些设备内部低成本的 40 Gb/ s 并行接口信号转换器 ,是并行 40 Gb/ s CWDM 协议的() 近年 ,甚短距离VSR光传输术成为新的热点技术。光互 核心部件 ,实现 SFI25 接口到并行光发射/ 接收模块的电信号 () 连论坛 OIF optical internetworking forum于 2002 年发布了面 [ 1 ] 的转换。但由于 40 Gb/ s VSR 光传输系统中高速电器件的设 向 STM2256/ OC2768 的 VRS 传输协议 OIF2VSR5201. 0。国 计困难 ,国内对此信号转换器的研究还鲜有报道。本文采用高 外 VSR 主要有采用并行多模光纤传输和采用单模光纤传输两 [ 2 ] () 速半定制电路 FP GA field programmable gete array,使用 ver2 个发展方向,目前还在研究在收发器内将 CWDM 和并行光 ilog 语言 ,对 40 Gb/ s CWDM 并行接口信号转换的功能模块的 纤相结合的技术 ,采用这种技术可以在单一链路中达到 0. 5 [ 3 ] 实现 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 进行研究和验证 ,建立了 40 Gb/ s CWDM 并行光传 T Gb/ s 的传输速率。很明显 ,这些技术的结合能够提高光背 输的 IP 核 ,有助于加速高速光传输系统的进一步发展。板的性能 ,同时减少所需光纤链路的数量。国外对 VSR 的相 [ 4 ,5 ] [ 6 ] 关技术进行了研究,光互连的应用也越来越广。国内也 2 信号格式转换功能框图[ 7,9 ] 开展了 VSR 技术的研究 ,并已取得了一系列的研究成果。 现阶段 ,关于 40 Gb/ s VSR 并行光互连研究正在展开。VSR52 VSR5201. 0 的 CWDM4 ×10 Gb/ s 接口组件由完成数据格 01. 0 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中采用 CWDM 技术的光互连 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,通过将 4 种波长 式转换的转换器以及光收发模块构成。在数据发送方向上 ,通 的激光复用到 1 条光纤上 ,实现传输 40 Gb/ s 数据传输 ,是实 3 收稿日期 :2008206204 修订日期 :2008211210 () () ()3 基金项目 :国家“863”资助项目2006AA01Z239 ,2007AA01Z2A5;国家自然科学基金资助项目60502005;博士后基金资助项目20070420833 3 3 E2mail :f mliu @semi. ac. cn 过 SFI25 接口 ,转换器接收由 OC2768 外部成帧器传来的 16 bit 3 信号格式转换功能模块的实现宽的数据总线。转换器将 16 bit 并行信号映射入 4 路传输速 3. 1 时钟数据恢复 率 10. 264211. 09 Gb/ s 的并行数据发送信道中 ,分别驱动 4 个 波长的激光器。从激光器发出的光经光波分复用器耦合到普 发射方向输入和接收方向输出的 16 ×2. 488 Gb/ s 的低压 通的单模光纤中 ,在光纤链路上传输。 (差分信号 ,使用 FP GA 高速的 t ransceiver 接口 选用 SON ET 在接收方向上 ,从单模光纤中传来的光信号 ,经光波分解 ) OC - 48 的数据格式实现时钟数据的恢复;发射方向输出和接 复用器分解成 4 路光信号被光探测器接收 ,光探测器将光信号 ( 收方向输入的 4 ×10 Gb/ s 信号采用专用 SERDES parallel to转换成电信号后送入转换器中。转换器将 4 路电信号重新组 ) serial/ serial to parallel实现 1 ?4/ 4 ?1 转换和时钟数据恢复。 合成 16 bit 宽的数据流通过 SFI25 电接口发送给外部成帧器。 3. 2 信道去斜移 转换器包含了所有用于比特信道去斜移、数据成帧、字节 () 发送方向 , TXDSCt ransmit deskew channel是发送信号去 对准和状态机逻辑等所需要的功能模块 ,还包含了用于完成信 斜移参考信道 , TXDSC 信道的每一个参考数据帧的构成方式 号的输入/ 输出功能所需要的内部和外部的时钟和数据恢复等 () 与 RXDSCreceive deskew channel信道参考数据帧的构成方 功能所需要的模拟电路 ,如图 1 所示。 () 式相同 ,即由 4 个帧定位字节A1A1A2A2、4 个扩展帧头字节 (() ) AAAA 1010b以及从发射数据总线 TXDATA [ 15 ?0 ]上复 制的 128 个采样字节所组成。去斜移控制器通过识别 TXDSC () () 上的帧定位字节 A1 11110110b和 A2 00101000b以及 4 个帧 头字节 ,从而获知从 TXDATA [ 15 ?0 ]上复制到的参考数据帧 字节的开始位置。然后将 TXDATA [ x ]上的数据与 TXDSC 上 采样得到的数据作比较 ,如果连续几个时钟 TXDSC 上的数据 与各个信道对应的采样数据相同 ,则进入比较判别 ,当 TXDA2 TA [ x ]上的数据与 TXDSC 上采样得到的数据相同时 ,输出高 电平。将比较产生的高电平进行延时 ,由 TXDATA [ 15 ]判断 图 1 ( a) 4 信道 CWDM 方案发射方向功能框图 得到的高电平延时 15 个时钟 , TXDATA [ 14 ]到 TXDATA [ 0 ] Fig. 1 ( a) Transmitter f unctional blocks 延时依次为 14 到 0 个时钟 ,将延时得到的电平送入后续的去 斜移电路和监测电路。 去斜移电路根据每一信道延时得到的电平 ,对信道进行去 斜移操作。根据 OIF 协议的规定 ,信道间的斜移在 3 个时钟 内 ,首先查找所有信道中最先到来的帧指示信号 ,然后采用计 数器判断其它信道帧指示与此信道帧指示的时间差。最先到 来的信道延时 3 个时钟 ,假设某一信道与最先到来的信道时间 差为 i 个时钟 ,则将其延时 3 2i 个时钟,经过延时的所有通道输 出的数据是对齐的。电路的结构如图 2 所示 ,每个信道通过的 () 延时单元DFF由所需延时的时钟所决定 ,通过选择器来实现 数据通过多少个 DFF ,仿真的结果如图 3 所示。 信道 CWDM 方案接收方向功能框图( b) 4 图 1 Fig. 1 ( b) Receiver f unctional blocks 发射去斜移原理图 2 Fig. 2 Principle of transmitter deske w 2009 年 第 20 光 电 子?激 光 卷 接收方向 ,采用双端口 RAM 进行去斜移操作。OIF 标准M 最小整数为 21 。在这种情况下 ,可以采用固定延时则可得 的方法。采用不同的时钟写入 ,写入时钟为各信道恢复出的时 规定接收信道间的通道延时不能大于 120 bit 。假设双口 RAM 的深度为 M , T为系统可以容忍的最大延时 , T为电路处理 钟。读出时钟选用转换集成电路的全局时钟。在比较得到最 max s 的时钟 ,则 先到达的帧头指示信号以后 ,经 20 个时钟的延时 ,去斜移电路 )(( ) 1 产生延时触发信号启动读地址计数器 ,双口 RAM 的数据开始 T?M - 1×Tmax s () 2 输出。图 4 中 ,帧同步信号时间差指示信道斜移量 ,仿真结果 T×f + 1 ?Mmax s 表明 ,去斜移电路正常工作。 在转换器集成电路芯片内部的全局时钟为 155. 52 M Hz , 图 3 发射去斜移仿真 Fig. 3 Simulation of transmitter deske w ,4 个信道中数据的去斜移是通过 64 b/ 66 b在接收方向上 3. 3 数据帧生成 转换中所加入的“01”和“10”bit 的检测获得的。使用 1 个帧丢发送方向比特信道去斜移完成后 ,从数据信道 0 至 15 ,将 () 失LOF状态机来指出信号传输过程中数据帧出错的状态。每一信道中的数据按每 64 bit 分成一组。信道 0 、1 、2 和 3 中 如果连续接收到 16 个以上的错帧 ,就达到了 LOF 状态。当连λλ 的数据映射入,信道 4 、5 、6 和 7 中的数据映射入, 信道 8 、0 1 续的接收到 64 个正确的帧后 ,意味着信号的接收器处于帧同 λ9 、10 和 11 中的数据映射入, 信道 12 、13 、14 和 15 中的数据 2 步状态 。图6 给出了66 b/ 64 b 转换数据输出以及帧同步的 λ映射入。转换器 IC 以 01 和 10 为帧头比特对数据做 64 b/3 仿真。 66 b 转换 ,从而形成各个信道数据组的边界。图 5 所示。 图 4 接收去斜移仿真 Fig. 4 Simulation of receiver deske w ?318 ? 图 5 接收数据的帧对准和 SFI25 映射框图 Fig. 5 Receiver frame alignment and SFI25 mapping blocks 图 6 接收帧同步仿真 Fig. 6 Receiver frame alignment simulation prbs 码与接收的数据 datain 模 2 加 ,结果为发收本地产生的 3. 4 扰码与解扰 送原数据。利用伪随机序列进行扰码也是实现数字信号高保密性传 输的重要手段之一。一般将信源产生的二进制数字信息和周 3. 5 RXDSC 通道的产生 ( ) 期很长的伪随机序列PRBS模 2 相加 ,在接收端将接收信号 RXDSC 是接收去斜移参考通道 ,它所传送的参考数据帧 () 再加上同样的伪随机序列模 2 加把发送端的信息恢复出来。帮助完成对接收数据总线 RXDATA [ 15 ?0 ]上的比特信道去 TEMP < = data [ 63 ?0 ]^prbsreg[ 63 ?0 ]/ / 发射方向 斜移。RXDSC 上所传输的每一个参考帧 ,由 4 个帧定位字节 () ( ) 扰码 ,并行 64 bit 输入数据与并行的 prbs 码模 2 加 ,计算结果 A1A1A2A2、4 个扩展帧头字节AAAA以及从接收数据总 存储到 temp 寄存器中。 线 RXDATA [ 15 ?0 ]上复制的 128 个采样字节所组成。采样 data_yuan < = datain[ 63 ?0 ]^prbs_local [ 63 ?0 ] ;/ / 接 是以单向轮转的方式进行的 ,从 RXDATA [ 15 ]开始到 RXDA2 收方向解扰码 ,接收帧同步 66 b/ 64 b 转换之后得到 datain ,接 TA [ 0 ]结束 ,如图 7 所示 ,rxdsc_out 为 RXDSC 通道 ,数据由参 图 7 RXDSC 信道仿真 Fig. 7 RXDSC channel simulation 2009 年 第 20 光 电 子?激 光 卷 interconnections[A] . IEEEO ptical Fiber Conference [ C] . Canada : In2 考帧头和来自每一个信道采样字节组成。 stitute of Electrical and Electronics Engineers Inc , 2001 , WS4/ 12 4 结 论WS4/ 3. 信号格式转换模块在 4 信道 40 Gb/ s 的 CWDM 系统中出 Avalon microelectronics ,Inc. Xviliirntxex 25 FPGA based Sxl25 com2 [ 5 ] 于核心地位 ,本研究在对转换器组成原理的分析基础上 ,在高 pliant IP core for interface to 40 G optical transponders. http:/ / 速 FP GA 上建立了 40 Gb/ s 的甚短距离 CWDM 光传输系统 www. xilinx. com/ products/ ipcenter/ Ava2lAoVn40 G000. htm .2006. 的 IP 核 ,实现了发射和接收方向功能模块设计和功能验证。 Windover Lisa A ,Buckman. Paralle2loptical interconnectionsa nd their [ 6 ] 各个功能模块的验证表明 ,设计满足系统实时性、稳定性等各 项设计需求 ,进一步推动 4 信道 40 Gb/ s 高速 VSR 光互连的 applications[ A] . IEEE Communications Society ,IEELEa sers and E2 发展和应用。 lectro2Optics Society. OFC/ NFOCEC 2005 OpticFailb er Communica2 tion Conference ,Technical Diges Ct[] . United States :Instituteo f Elec2 trical and Electronics EngineersIn c ,2005 ,193195. 参考文献 :CHEN Xiong2bin ,J IA Jiu2chun ,CHEN Ho2ndga ,et al. 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OFC2NFOEC 2005 Optical Fiber Communication Conferenc .e Techni2 cal Digest[ C ] . United States : Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc ,2005 ,1852187. 作者简介 : () [ 4 ] ParaschisL ,Nicholl G,Nowell M ,et al. Very short reachVSRparal2 () 男 ,博士研究生 ,主要从事短距离光传输模块以及系1980 - ,刘丰满 统研究. lel optics OC2192/ STM264 interface ,optimizfodr network intra2POP ?320 ?