專利名稱：多通道10/100m以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳輸設(shè)備，特別涉及一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)。
背景技術(shù)：
近十年來(lái)，以太網(wǎng)在全球獲得了廣泛應(yīng)用，成為在局域網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)，并開(kāi)始不斷向城域網(wǎng)擴(kuò)展，使以太網(wǎng)的發(fā)展獲得了新的空間。目前企事業(yè)單位總部網(wǎng)絡(luò)與各自的分支機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)連接也逐步開(kāi)始采用光以太網(wǎng)傳輸技術(shù)，而各單位之間，特別是一些對(duì)保密性要求比較高的單位如銀行、證券系統(tǒng)等，可能由于彼此不信任或安全方面的原因要求各自的網(wǎng)絡(luò)互相獨(dú)立，因此各單位總部都分別利用一根光纖與各自的分支機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)相連，這勢(shì)必需要很多光纖資源，而現(xiàn)已敷設(shè)的光纜中冗余的光纖數(shù)量往往滿足不了這些要求。解決方法之一是對(duì)每個(gè)光系統(tǒng)分別用不同的光波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)制，然后利用光波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖中進(jìn)行傳輸，由于這一方法的成本比較高，一般較少采用。另一種解決方法是利用時(shí)分復(fù)用技術(shù)將多路以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字復(fù)接，由于以太網(wǎng)信號(hào)是異步的，存在如何將各路異步的以太信號(hào)進(jìn)行同步，然后再進(jìn)行高速數(shù)字復(fù)接及光傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，能利用時(shí)分復(fù)用技術(shù)將多路以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字復(fù)接。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下構(gòu)思光發(fā)送部分將各通道異步以太網(wǎng)信號(hào)調(diào)整至同步信號(hào)、高速數(shù)字同步復(fù)接成幀的串行發(fā)送信號(hào)，經(jīng)光發(fā)送模塊傳輸?shù)讲ǚ謴?fù)用器，而波分復(fù)用器接收的信號(hào)經(jīng)光接收模塊傳到光接收部分，光接收部分進(jìn)行高速數(shù)字解復(fù)接分離出各通道以太網(wǎng)信號(hào)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，包括發(fā)送部分的輸出經(jīng)光發(fā)送模塊連接波分復(fù)用器的輸入以及波分復(fù)用器的輸出經(jīng)光接收模塊連接接收部分的輸入，其特征在于發(fā)送部分是由10/100M以太信號(hào)經(jīng)RJ45輸入口分別連接多個(gè)以太網(wǎng)信號(hào)接收處理單元后再連接一個(gè)數(shù)字同步復(fù)接電路的輸入，并由同一時(shí)鐘源對(duì)各種接口提供時(shí)鐘信號(hào)構(gòu)成；接受部分是由光接收模塊的輸出經(jīng)一個(gè)數(shù)字同步分接電路連接多個(gè)以太網(wǎng)信號(hào)發(fā)送處理單元的輸入構(gòu)成。
上述的以太網(wǎng)接收處理單元是由一個(gè)以太變壓器的輸入連接10/100以太網(wǎng)信號(hào)RJ45輸入口，而輸出經(jīng)以太網(wǎng)芯片的PHY層電路、MAC層電路、交換核心及緩存電路，然后連接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)另一個(gè)帶有MII接口的MAC層電路的輸入所組成。
上述的數(shù)字同步復(fù)接電路是由一片EPIC6T144C6 FPGA型芯片、一片TLK2001型芯片和四個(gè)電阻組成。
上述的數(shù)字同步分解電路是由一片TLK2001型芯片、一片EPIC6TI44FPGA型芯片和四個(gè)電阻組成。
上述的以太網(wǎng)接收來(lái)自數(shù)字同步分接電路的信號(hào)后，經(jīng)交換核心和緩存電路，以太網(wǎng)芯片內(nèi)的另一MAC層電路、PHY層電路和以太變壓器，最后連接RJ45輸出口所組成。
上述的以太網(wǎng)信號(hào)接收處理單元和以太網(wǎng)信號(hào)發(fā)送處理單元的電路由一個(gè)RJ45以太網(wǎng)插座、一個(gè)H1102型以太網(wǎng)變壓器、一片KS8995型以太網(wǎng)口單片交換芯片、七個(gè)電阻和三個(gè)電容組成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出特點(diǎn)和顯出優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在發(fā)送部分中采用了以太網(wǎng)信號(hào)接收處理單元和同一時(shí)鐘源，并在接受部分采用了以太網(wǎng)信號(hào)發(fā)送處理單元，從而解決了將各路異步的以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行同步，然后再進(jìn)行高速數(shù)字復(fù)接及光傳輸，以實(shí)現(xiàn)單光纖中雙向傳輸多路10/100M以太網(wǎng)信號(hào)。


圖1為本發(fā)明多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸端機(jī)的總體框圖。
圖2為圖1所示多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸端機(jī)中發(fā)送部分框圖。
圖3為圖1所示多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸端機(jī)中接收部分框圖。
圖4至圖8為具體實(shí)施例的電路4為以太網(wǎng)接收信號(hào)處理單元6和發(fā)送信號(hào)處理單元9電路圖。
圖5為數(shù)字同步復(fù)接電路7電路圖。
圖6為數(shù)字同步分接電路8電路圖。
圖7為發(fā)送部分1時(shí)鐘產(chǎn)生電路圖。
圖8為接收部分5時(shí)鐘分配電路圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸端機(jī)的總體結(jié)構(gòu)是發(fā)送部分1將八路以太網(wǎng)信號(hào)經(jīng)數(shù)字同步復(fù)接成高速串行數(shù)據(jù)送至光發(fā)送模塊2，光發(fā)送模塊2將高速串行電信號(hào)轉(zhuǎn)換成指定波長(zhǎng)的光信號(hào)，隨后再送到波分復(fù)用器(WDM)3，由WDM3完成二個(gè)不同波長(zhǎng)收發(fā)光信號(hào)的復(fù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)單光纖雙向線路傳輸。光纖線路上收回來(lái)的光信號(hào)經(jīng)波分復(fù)用器3分離后送到光接收模塊4，由其進(jìn)行光/電變換后的高速串行數(shù)據(jù)信號(hào)輸入到接收部分5，接收部分5完成高速串行信號(hào)定時(shí)提取及判決并分接出八路以太網(wǎng)信號(hào)。光發(fā)送模塊2和光接收模塊4可采用通用的千兆以太網(wǎng)收發(fā)一體光模塊，WDM3可以是普通的雙窗口1310/1550nm波分復(fù)用器或是單窗口1550nm±20nm粗波分復(fù)用器，視實(shí)際傳輸距離而定。由于以太網(wǎng)信號(hào)是雙向傳輸，所以本發(fā)明的光端機(jī)沒(méi)有收發(fā)之分，一個(gè)光端機(jī)同時(shí)完成接收和發(fā)送功能，這樣光纖傳輸線路兩端的光端機(jī)的電路部分完全相同，所不同的是為實(shí)現(xiàn)單光纖雙向傳輸而選的兩個(gè)光收發(fā)模塊的光波長(zhǎng)不同而已。本發(fā)明的核心是發(fā)送部分1和接收部分5，以下結(jié)合其他附圖作進(jìn)一步的描述。
圖2為圖1所示多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸端機(jī)發(fā)送部分1的電路框圖。八路10/100M以太網(wǎng)信號(hào)經(jīng)八個(gè)RJ45輸入口11分別接到八個(gè)以太變壓器12，變壓器12一方面起到與外部以太網(wǎng)信號(hào)的直流隔離，另一方面進(jìn)行信號(hào)的電平及阻抗變換，其輸出信號(hào)接到各自的以太網(wǎng)芯片的PHY層電路13。PHY層電路13的輸出信號(hào)經(jīng)MAC14層后送到各自的交換核心及緩存電路15，然后再接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)另一個(gè)帶有MII接口的MAC層電路16，八路MII接口的輸出信號(hào)由統(tǒng)一的時(shí)鐘源10驅(qū)動(dòng)同步工作。MII接口并行數(shù)據(jù)信號(hào)的工作頻率為25MHz，由于采用全雙工方式，MII接口上一些輔助信號(hào)可以不用，所以每路以太網(wǎng)的MII接口輸出信號(hào)僅需傳送4位數(shù)據(jù)信號(hào)TXD
和1位數(shù)據(jù)有效信號(hào)TXEN，八路以太網(wǎng)共需傳送32位并行數(shù)據(jù)信號(hào)及8位數(shù)據(jù)有效信號(hào)。經(jīng)同步后的八路MII接口并行輸出信號(hào)送到數(shù)字同步復(fù)接電路7，再插入幀頭和一些附加信號(hào)后通過(guò)并/串變換成為高速串行信號(hào)輸出。幀頭和附加信息占用10位數(shù)據(jù)信號(hào)，加上八路以太網(wǎng)的32位并行數(shù)據(jù)信號(hào)及8位數(shù)據(jù)有效信號(hào)總共是50位數(shù)據(jù)信號(hào)，每位數(shù)據(jù)信號(hào)的比特率為25Mbps，最后輸出的串行信號(hào)速率1.25Gbps。數(shù)字同步復(fù)接電路7由一片F(xiàn)PGA芯片完成。電/光轉(zhuǎn)換采用通用的1.25GHz以太網(wǎng)光收發(fā)一體化模塊，因此完全能滿足1.25Gbps速率數(shù)據(jù)的傳輸需要。
圖3為圖1所示光端機(jī)接收部分5的電路框圖，圖3中光接收模塊4將收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為高速串行電信號(hào)后輸出到數(shù)字同步分離電路8。同步分離電路8首先進(jìn)行時(shí)鐘提取和數(shù)據(jù)判決，然后是幀同步、附加信息的提取以及八路MII接口信號(hào)的分離，所有這些工作均由一片F(xiàn)PGA芯片完成。分離后的每一路MII接口信號(hào)分別接到各自的以太網(wǎng)芯片，因工作于全雙工方式，所以以太網(wǎng)芯片的MII接口輸入信號(hào)僅需接4位數(shù)據(jù)信號(hào)RXD
和1位數(shù)據(jù)有效信號(hào)RXEN，這些信號(hào)經(jīng)MAC層17后進(jìn)入交換核心及緩存電路18，其輸出接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)的另一MAC層電路19，最后經(jīng)PHY層電路20變換成串行信號(hào)后通過(guò)以太變壓器21輸出到RJ45口22。
圖4是圖1發(fā)送部分1框圖中以太網(wǎng)接收信號(hào)處理單元6和接收部分5電路框圖中以太網(wǎng)發(fā)送信號(hào)處理單元9的電路圖。圖中IC1是RJ45以太網(wǎng)插座，負(fù)責(zé)接收和發(fā)送以太網(wǎng)信號(hào)，電阻R3、R4、R5及電容C2是以太網(wǎng)交流匹配負(fù)載。IC2為PULSE公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)變壓器H1102，一方面起著與外部以太網(wǎng)信號(hào)的直流隔離，另一方面進(jìn)行信號(hào)的電平及阻抗變換，其中以太網(wǎng)接收信號(hào)處理單元6將來(lái)自外部以太網(wǎng)的接收信號(hào)經(jīng)以太網(wǎng)變壓器后送到IC3的PHY接口，再經(jīng)IC3的片內(nèi)交換和緩存后由MII接口輸出。而以太網(wǎng)發(fā)送信號(hào)處理單元9接收反向的MII接口信號(hào)并經(jīng)IC3片內(nèi)交換和緩存后由PHY接口輸出至IC2，經(jīng)以太網(wǎng)變壓器變換后送到IC1，電阻R1、R2、R6、R7、及電容C1、C3構(gòu)成交流匹配負(fù)載。IC3為KENDIN公司生產(chǎn)的5個(gè)以太網(wǎng)口單片交換芯片KS8995，本實(shí)例僅利用其中的2個(gè)以太網(wǎng)口，即1個(gè)負(fù)責(zé)收發(fā)來(lái)自外部以太網(wǎng)信號(hào)的PHY口和1個(gè)與數(shù)字同步復(fù)接電路及數(shù)字同步分接電路相連的MII口。在以太網(wǎng)接收信號(hào)處理單元部分IC3的PHY口通過(guò)TXP1、TXM1接收來(lái)自IC2的以太網(wǎng)接收信號(hào)，經(jīng)片內(nèi)交換及緩存后由MII口的TP1_TXD
、TP1_TXEN信號(hào)送到圖5數(shù)字同步復(fù)接電路7的IC4，在以太網(wǎng)發(fā)送信號(hào)處理單元部分IC3的MII口接收來(lái)自圖6數(shù)字同步分接電路8的TP1_RXD
、TP1_RXDV信號(hào)，經(jīng)片內(nèi)交換及緩存后由PHY口的RXP1、RXM1將以太網(wǎng)發(fā)送信號(hào)送到IC2。本實(shí)施例共有八個(gè)10/100M以太網(wǎng)通道，所以需八塊如圖4所示的電路，這八塊電路的發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘分別由同一個(gè)發(fā)送時(shí)鐘源25MCK_TX(見(jiàn)圖7)和接收時(shí)鐘源25MCK_RX(見(jiàn)圖8)驅(qū)動(dòng)。
圖5是圖1發(fā)送部分1框圖中數(shù)字同步復(fù)接電路7的電路圖，圖中IC4為一片ALTERA公司生產(chǎn)的EP1C6T144C6 FPGA芯片，IC4接收八個(gè)如圖4所示的MII口信號(hào)，八路同步MII接口信號(hào)加上幀頭和一些附加信號(hào)(共50位并行信號(hào))后先復(fù)接成10位并行信號(hào)，隨后輸出到IC5。IC5及圖6中IC8為National Semiconductor公司生產(chǎn)的單片并/串、串/并轉(zhuǎn)換芯片TLK2001，IC5完成其中的并/串轉(zhuǎn)換功能，電阻R8至R11為IC5輸出端下拉電阻，其高速差分串行輸出信號(hào)TXP、TXN接到IC6光發(fā)模塊2。IC6及圖6中的IC7為Agilent公司生產(chǎn)的單片光收發(fā)一體化模塊HFBR-53D5，IC6為其中的電/光轉(zhuǎn)換部分，完成光發(fā)模塊2的功能，其光輸出信號(hào)接到波分復(fù)用器WDM3。
圖6是圖3接收部分5框圖中數(shù)字同步分接電路8的電路圖，IC7為上述光收發(fā)一體化模塊HFBR-53D5的光/電轉(zhuǎn)換部分，完成光收模塊3的功能，IC7接收來(lái)自波分復(fù)用器WDM3的光輸入信號(hào)，輸出高速差分串行信號(hào)至IC8，電阻R12至R15為輸出端下拉電阻。IC8為上述TLK2001芯片中的串/并轉(zhuǎn)換部分，完成位時(shí)鐘提取及高速差分串行信號(hào)至10位并行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其輸出接到IC9。IC9為一片ALTERA公司生產(chǎn)的EP1C6T144C6 FPGA芯片，完成八路同步MII接口信號(hào)的分接工作，其MII口輸出信號(hào)接到八個(gè)與圖4所示相對(duì)應(yīng)的MII接收信號(hào)TP1_RXD0
、TP1_RXDV端。
圖7是發(fā)送部分1的時(shí)鐘分配電路圖，其中IC10為Fox Electronics公司生產(chǎn)的F4600-125MHz時(shí)鐘振蕩器芯片，所產(chǎn)生的125MHz時(shí)鐘分別接到圖5中IC4和IC5的125MCK_TX時(shí)鐘端。IC11A采用TI公司生產(chǎn)的與非門741v00，IC12A、IC12B、IC13A采用TI公司生產(chǎn)的D觸發(fā)器741v74，它們構(gòu)成一個(gè)5分頻電路，其輸出的25MHz時(shí)鐘分別接到圖4中IC3和圖5中IC4的25MCK_TX時(shí)鐘端。
圖8是接收部分5的時(shí)鐘分配電路圖，其中125MHZ的輸入時(shí)鐘125MCK_RX是由圖6中的IC9從高速差分串行信號(hào)中提取出的時(shí)鐘信號(hào)125MCK_RX提供，IC14A采用TI公司生產(chǎn)的與非門741v00，IC15A、IC15B、IC16A采用TI公司生產(chǎn)的D觸發(fā)器741v74，它們構(gòu)成一個(gè)5分頻電路，其輸出的25MHz時(shí)鐘分別接到圖4中IC3和圖6中IC9的25MCK_RX時(shí)鐘端。
上述實(shí)施例中，每路以太網(wǎng)信號(hào)的傳輸將占用125Mbps的信道容量，而幀頭和附加信息占用250Mbps的信道容量，因此傳輸八路以太網(wǎng)信號(hào)時(shí)總的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.25Gbps，可用1.25GHz速率的光收發(fā)模塊調(diào)制傳輸。如要增加傳輸路數(shù)則可選用更高速率的光收發(fā)模塊，當(dāng)采用2.5GHz速率的光收發(fā)模塊時(shí)傳輸路數(shù)可達(dá)17路。
權(quán)利要求
1.一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，包括發(fā)送部分(1)的輸出經(jīng)光發(fā)送模塊(2)連接波分復(fù)用器(3)的輸入以及波分復(fù)用器(3)的輸出經(jīng)光接收模塊(4)連接接收部分(5)的輸入，其特征在于發(fā)送部分(1)是由10/100M以太信號(hào)經(jīng)RJ45輸入口(11)分別連接多個(gè)以太網(wǎng)信號(hào)接收處理單元(6)后再連接一個(gè)數(shù)字同步復(fù)接電路(7)的輸入，并由同一時(shí)鐘源(10)對(duì)各種接口提供時(shí)鐘信號(hào)構(gòu)成；接受部分(5)是由光接收模塊(4)的輸出經(jīng)一個(gè)數(shù)字同步分接電路(8)連接多個(gè)以太網(wǎng)信號(hào)發(fā)送處理單元(9)的輸入構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于以太網(wǎng)接收處理單元(6)是由一個(gè)以太變壓器(12)的輸入連接10/100以太網(wǎng)信號(hào)RJ45輸入口(11)，而輸出經(jīng)以太網(wǎng)芯片的PHY層(13)電路、MAC層電路(14)、交換核心及緩存電路(15)，然后連接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)另一個(gè)帶有MII接口的MAC層電路(16)的輸入所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于數(shù)字同步復(fù)接電路(7)是由一片EPIC6T144C6 FPGA型芯片(IC4)、一片TLK2001型芯片(IC5)和四個(gè)電阻(R8、R9、R10、R11)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于數(shù)字同步分接電路(8)是由一片TLK2001型芯片(IC8)、一片EPIC6TI44FPGA型芯片(IC9)和四個(gè)電阻(R12、R13、R14、R15)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于以太網(wǎng)接收來(lái)自數(shù)字同步分接電路(8)的信號(hào)后，經(jīng)交換核心和緩存電路(18)，以太網(wǎng)芯片內(nèi)的另一MAC層電路、PHY層電路(20)和以太變壓器(21)，最后連接RJ45輸出口(22)所組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于以太網(wǎng)信號(hào)接收處理單元(6)和以太網(wǎng)信號(hào)發(fā)送處理單元(9)的電路由一個(gè)RJ45以太網(wǎng)插座(IC1)、一個(gè)H1102型以太網(wǎng)變壓器(IC2)、一片KS8995型以太網(wǎng)口單片交換芯片(IC3)、七個(gè)電阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)和三個(gè)電容(C1、C2、C3)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及光傳輸設(shè)備，特別涉及一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號(hào)單光纖雙向傳輸光端機(jī)。它包含有發(fā)送部分的輸出經(jīng)光發(fā)送模塊連接波分復(fù)用器的輸入以及波分復(fù)用器的輸出經(jīng)光接收模塊連接接收部分的輸入，發(fā)送部分是由10/100M以太信號(hào)經(jīng)RJ45輸入口分別連接多個(gè)以太網(wǎng)信號(hào)接收處理單元后再連接一個(gè)數(shù)字同步復(fù)接電路的輸入，并由同一時(shí)鐘源對(duì)各個(gè)接口提供時(shí)鐘信號(hào)構(gòu)成；接受部分是由光接收模塊的輸出經(jīng)一個(gè)數(shù)字同步分接電路連接多個(gè)以太網(wǎng)信號(hào)發(fā)送處理單元的輸入構(gòu)成。本發(fā)明解決了將各路異步的以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行同步，然后再進(jìn)行高速數(shù)字復(fù)接及光傳輸，以實(shí)現(xiàn)單光纖中雙向傳輸多路10/100M以太網(wǎng)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04B10/04GK1529427SQ200310107949
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者李迎春, 宋英雄, 林如儉, 沈昶宏, 胡斌, 陳健, 張瑞峰, 宋烈浦 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海天博光電科技有限公司