專(zhuān)利名稱(chēng)：用于計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)通信的100Mbps光纖收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種光纖收發(fā)器。
以太網(wǎng)(Ethernet)是廣泛使用在幾公里范圍內(nèi)的局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)。1996年統(tǒng)計(jì)全球范圍內(nèi)其結(jié)點(diǎn)已超過(guò)4000萬(wàn)個(gè)。它具有升級(jí)容易、可靠性高、成本較低、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、系統(tǒng)功能強(qiáng)、安裝連接簡(jiǎn)單和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。隨著程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量的增大，對(duì)資源要求越來(lái)越高，從網(wǎng)絡(luò)到PC機(jī)上的吞吐量也越來(lái)越多，10Mbps以太網(wǎng)已不能滿(mǎn)足當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的需要。1995年100Mbps快速以太網(wǎng)的出現(xiàn)不但使傳輸速率提高了10倍，而且提供了能夠支持10Mbps和100Mbps操作繼續(xù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換的很多網(wǎng)絡(luò)接口，使以太網(wǎng)升級(jí)為快速以太網(wǎng)變得很容易?？焖僖蕴W(wǎng)與以太網(wǎng)一樣仍然是以CSMA/CD(帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路存取)方式工作，執(zhí)行IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)，并采用了一個(gè)自動(dòng)協(xié)調(diào)(Auto-Negotiation)協(xié)議。快速以太網(wǎng)有不同的傳輸物理介質(zhì)，其中以光纖為傳輸介質(zhì)的100BASE-FX具有抗干擾、低損耗、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于相距較遠(yuǎn)的網(wǎng)站之間光互連。
本發(fā)明創(chuàng)造的目的旨在提供一種用于計(jì)算機(jī)快速以太網(wǎng)通信，傳輸速率為100Mbps的光纖收發(fā)器，它可用于主機(jī)、服務(wù)器、中繼器、集線(xiàn)器、終端機(jī)之間以及終端機(jī)與終端機(jī)之間的光互連。
本光纖收發(fā)器采用CSMA/CD方式工作，執(zhí)行IEEE802.3u標(biāo)準(zhǔn)，并采用10Mbps/100Mbps自動(dòng)協(xié)調(diào)(Auto-Negotiation)協(xié)議。為此它設(shè)有兩塊執(zhí)行IEEE的光纖以太網(wǎng)802.3u標(biāo)準(zhǔn)，并采用CSMA/CD方式工作的執(zhí)行芯片U1與U2，光纖信號(hào)收發(fā)模塊、耦合器、主機(jī)接口、收發(fā)器工作狀態(tài)顯示電路、三態(tài)門(mén)電路、晶體振蕩器、電阻組、接收光信號(hào)的光纖接口、穩(wěn)壓電路、四層印刷電路板和外殼。接收光信號(hào)的光纖接口與光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光信號(hào)接收端連接，光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光電轉(zhuǎn)換輸出端接執(zhí)行芯片U1的光纖接收信號(hào)FIBIN、FIBIP端，執(zhí)行芯片U1的光纖編碼信號(hào)由Rx輸出端經(jīng)電阻組后接執(zhí)行芯片U2的光纖編碼信號(hào)接收Tx端，執(zhí)行芯片U2的雙絞線(xiàn)接收TPON、TPOP端接耦合器接收組的初級(jí)，而次級(jí)接主機(jī)接口的接收端口；主機(jī)接口的發(fā)射端口接耦合器發(fā)射組的初級(jí)，而次級(jí)接執(zhí)行芯片U2的雙絞線(xiàn)發(fā)射TPIN、TPIP端，執(zhí)行芯片U2的光纖解碼信號(hào)輸出Rx端經(jīng)電阻組后接執(zhí)行芯片U1的光纖編碼信號(hào)輸入Tx端，執(zhí)行芯片U1的光纖發(fā)射信號(hào)FIBON、FIBOP端接光纖信號(hào)收發(fā)模塊的發(fā)射驅(qū)動(dòng)輸入端，光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光信號(hào)發(fā)射端接發(fā)射光信號(hào)的光纖接口。執(zhí)行芯片U1、U2的工作狀態(tài)輸出端分別接收發(fā)器工作狀態(tài)顯示電路，晶體振蕩器的輸出端接三態(tài)門(mén)電路，三態(tài)門(mén)電路的輸入與輸出端分別與執(zhí)行芯片U1、U2的時(shí)鐘端口連接。直流穩(wěn)壓電源外接外電源。
所說(shuō)的主機(jī)接口采用MII接口或RJ-45接口。執(zhí)行芯片U1、U2采用LXT970ACQ集成電路，光纖信號(hào)收發(fā)模塊采用HFBR5103。印刷電路板設(shè)計(jì)為4層，即在通常的元器件、焊點(diǎn)兩層印刷電路板中間設(shè)電源層和接地層，在電源層和接地層內(nèi)每層分為兩部分發(fā)射、接收、模擬放大及其相應(yīng)的接地為一部分，并在印刷電路板上分割形成一個(gè)“孤島”；而數(shù)字信號(hào)、接口信號(hào)二組的+5V部分為另一部分，位于外圍。兩部分之間通過(guò)一個(gè)電感相連。
所說(shuō)的穩(wěn)壓電源采用7805專(zhuān)用集成電路。
本光纖收發(fā)器采用由美國(guó)LEVEL ONE公司生產(chǎn)的用于執(zhí)行IEEE的光纖快速以太網(wǎng)802.3u標(biāo)準(zhǔn)的LXT970ACQ芯片實(shí)現(xiàn)主機(jī)MII接口(介質(zhì)獨(dú)立接口)和SC或ST光纖接口之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換。因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中備有MII接口很少，而大量使用RJ-45接口，所以為了適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需要我們采用兩塊LXT970ACQ芯片對(duì)接來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。即通過(guò)兩塊芯片將原與MII接口接線(xiàn)通過(guò)電阻彼此相互連接，從收發(fā)模塊上接收的光信號(hào)通過(guò)兩塊芯片進(jìn)行解碼—編碼的信號(hào)轉(zhuǎn)換，編碼后的信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器由RJ-45接口送到主機(jī)；反之，來(lái)自主機(jī)的電信號(hào)曲RJ-45接口經(jīng)過(guò)耦合器進(jìn)入兩塊芯片，進(jìn)行解碼—編碼的信號(hào)轉(zhuǎn)換后從收發(fā)模塊上的LED經(jīng)光纖向網(wǎng)絡(luò)發(fā)射光信號(hào)。電路簡(jiǎn)單可靠，又節(jié)省元器件，降低成本。整個(gè)線(xiàn)路在+5V下工作，通過(guò)外接的通用的小型電源將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為8～9V的直流電壓，再經(jīng)過(guò)7805專(zhuān)用穩(wěn)壓集成電路產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V直流電壓提供各部分電路使用，不必進(jìn)行DC-AC-DC轉(zhuǎn)換，降低了功耗和成本。
在執(zhí)行IEEE的802.3u標(biāo)準(zhǔn)時(shí)和10Mbps以太網(wǎng)一樣，采用CSMA/CD方式工作，即帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路存取。LXT970ACQ芯片產(chǎn)生一個(gè)空載信號(hào)，偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)上是否有信息在傳送，若總線(xiàn)“忙”則推遲發(fā)射信息，繼續(xù)偵聽(tīng)；若偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)沒(méi)有信息傳送，則立即發(fā)送信息并探測(cè)總線(xiàn)上是否有沖突產(chǎn)生，若檢測(cè)到有沖突發(fā)生，則立即停止發(fā)送信息，并隨即發(fā)送強(qiáng)化沖突的阻塞信號(hào)(JAM)，以使所有站點(diǎn)都能檢測(cè)到?jīng)_突；發(fā)送阻塞信號(hào)后，需要等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后又重復(fù)上述的步驟。用LED顯示收發(fā)器的工作狀態(tài)。
由于100Mbps的收發(fā)速率已經(jīng)進(jìn)入高頻頻段，線(xiàn)路各部分之間和各元器件之間很容易產(chǎn)生信號(hào)耦合，引起失真、噪聲，甚至發(fā)生錯(cuò)誤。為了有效地防止高頻信號(hào)的耦合，本光纖收發(fā)器基本上不采用去耦電感元件，而將印刷電路板設(shè)計(jì)成4層，電源層與地線(xiàn)層又分為兩部分，既實(shí)現(xiàn)了兩部分電源的隔離，又簡(jiǎn)化了線(xiàn)路，降低了成本，保證了線(xiàn)路有較好的高頻性能。


圖1為本光纖收發(fā)器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本光纖收發(fā)器的外觀(guān)圖。
圖3為本光纖收發(fā)器的電路原理圖。
如圖1～3所示，本光纖收發(fā)器由RJ-45接口RJ1、耦合器T、802.3u標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行芯片(2只)U1、U2、光纖信號(hào)收發(fā)模塊U6、收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器LEDs，25MHz晶體振蕩器U8、三態(tài)門(mén)電路F、電阻組R、穩(wěn)壓電源S與插座J1、光纖信號(hào)接口2、印刷電路板和外殼1組成。接收光信號(hào)由光纖信號(hào)接口經(jīng)光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光信號(hào)接收端，光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光電轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)執(zhí)行芯片U1的解碼——電阻組(R3～R7)——執(zhí)行芯片U2的編碼后從U2的雙絞線(xiàn)發(fā)射TPON、TPOP端口接耦合器接收組的初級(jí)，并由耦合器接收組的次級(jí)與主機(jī)接口RJ(RJ45)的接收端連接。RJ接口的接收端經(jīng)耦合器發(fā)射組初次級(jí)的耦合后接執(zhí)行芯片U2的雙絞線(xiàn)接收TPIN、TPIP端，經(jīng)U2解碼的信號(hào)接電阻組(R8～R12)再經(jīng)執(zhí)行芯片U1的編碼后，從收發(fā)模塊上的LED再經(jīng)光纖接口向網(wǎng)絡(luò)發(fā)射光信號(hào)。
執(zhí)行芯片采用美國(guó)Level one公司的LXT970 AQC集成電路U1、U2，耦合器T采用U5InNet T00195，光纖信號(hào)收發(fā)組件U6采用美國(guó)HP公司的HFBR5103，三態(tài)門(mén)電路由集成電路U7(F125)和高頻三極管(LG型)T11、T12等組成，電阻組由R3～R7、排阻(472J型)U3和R8～R12、排阻(472J型)U4組成，穩(wěn)壓電源采用5V穩(wěn)壓集成電路U9(LM7805 CT)，其插座J1。工作狀態(tài)顯示器LEDs由發(fā)光二極管D1、D2、D4～D6等組成。電感和阻容元件采用貼片式。參數(shù)如下L1、L24.7μH；R1，R14，R15，R19，R22，R23，R24，R36，R371K；R2，R202K；R8～R12，R16100Ω；R13，R2922K；R2110K，R25，R26，R31，R32，R40，R45～R4982Ω；R34，R35，R38，R3920K；R27，R28，R30，R33，R5022Ω；C1～C14，C17～C21，C32，C36，C38，C450.01μF；C22，C23，C28～C30，C34，C35，C3710μF；C3333μF。第一個(gè)LED(D5)發(fā)紅光作為電源指示燈，表明接上電源，D4發(fā)綠光作為光纖連接指示燈，表明收發(fā)器與光纖網(wǎng)絡(luò)鏈路正常，D6發(fā)黃光作為光纖信號(hào)傳輸指示燈，表明光纖信號(hào)接收正常，D2發(fā)黃光作為雙膠線(xiàn)信號(hào)傳輸指示燈，表明雙絞線(xiàn)信號(hào)接收正常，D1發(fā)綠光作為雙絞線(xiàn)連接指示燈，表明雙膠線(xiàn)聯(lián)絡(luò)正常。
本收發(fā)器的印刷電路板設(shè)計(jì)成4層，在通常置放元器件與焊接點(diǎn)的兩層中間增設(shè)電源層和接地層，可使用整面銅膜，如某個(gè)焊點(diǎn)需接到電源或地，則用導(dǎo)孔直接連接到該層印刷板。電源層是為了提供+5V直流電壓。
本收發(fā)器的傳輸速率為100Mbps，波長(zhǎng)1300nm，光纖種類(lèi)為多模/單模，光纖接口為ST/SC，光纖參數(shù)為62.5/125μm，50/125μm，最大傳輸距離2Km。
權(quán)利要求
1.用于計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)通信的100Mbps光纖收發(fā)器，采用CSMA/CD方式工作，執(zhí)行IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)，其特征在于設(shè)有兩塊執(zhí)行IEEE的光纖以太網(wǎng)802.3u標(biāo)準(zhǔn)并采用CS-MA/CD方式工作的執(zhí)行芯片U1與U2、光纖信號(hào)收發(fā)模塊、耦合器、主機(jī)接口、收發(fā)器工作狀態(tài)顯示電路、三態(tài)門(mén)電路、晶體振蕩器、電阻組、接收光信號(hào)的光纖接口、穩(wěn)壓電路、四層印刷電路板和外殼；光纖接口與光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光信號(hào)接收端連接，光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光電轉(zhuǎn)換輸出端接執(zhí)行芯片U1的光纖接收信號(hào)FIBIN、FIBIP端，執(zhí)行芯片U1的光纖解碼信號(hào)由Rx輸出端經(jīng)電阻組后接執(zhí)行芯片U2的光纖編碼信號(hào)接收Rx端，執(zhí)行芯片U2的雙絞線(xiàn)接收TPON、TPOP端接耦合器接收組的初級(jí)，而次級(jí)接主機(jī)接口的接收端口，主機(jī)接口的發(fā)射端口接耦合器發(fā)射組的初級(jí)，而次級(jí)接執(zhí)行芯片U2的雙絞線(xiàn)發(fā)射TPON、TPOP端，執(zhí)行芯片U2的光纖解碼信號(hào)輸出Rx端經(jīng)電阻組后接執(zhí)行芯片U1的光纖編碼信號(hào)輸入Tx端，執(zhí)行芯片U1的光纖發(fā)射信號(hào)FIBON、FIBOP端接光纖信號(hào)收發(fā)模塊的發(fā)射驅(qū)動(dòng)輸入端，光纖信號(hào)收發(fā)模塊的光信號(hào)發(fā)射端接發(fā)射光信號(hào)的光纖接口，執(zhí)行芯片U1、U2的工作狀態(tài)輸出端分別接收發(fā)器工作狀態(tài)顯示電路，晶體振蕩器的輸出端接三態(tài)門(mén)電路，三態(tài)門(mén)電路的輸入與輸出端分別與執(zhí)行芯片U1、U2的時(shí)鐘端口連接；直流穩(wěn)壓電源外接外電源。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)器，其特征在于所說(shuō)的執(zhí)行芯片U1、U2采用LXT970ACQ集成電路。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)器，其特征在于光纖信號(hào)收發(fā)模塊采用HFBR5103。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)器，其特征在于印刷電路板設(shè)4層，在元器件、焊點(diǎn)兩層印刷電路板中間設(shè)電源層和接地層，電源層與接地層分割為模擬與數(shù)字兩大塊。
5.如權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)器，其特征在于穩(wěn)壓電源采用7805專(zhuān)用集成電路。
全文摘要
涉及一種用于計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)通信的100Mbps光纖收發(fā)器,采用CSMA/CD方式,執(zhí)行IEE802.3u標(biāo)準(zhǔn),設(shè)兩塊執(zhí)行芯片U
文檔編號(hào)H04B10/12GK1250275SQ9911912
公開(kāi)日2000年4月12日 申請(qǐng)日期1999年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月16日
發(fā)明者陳朝, 夏德昊, 劉寶林, 陳松巖 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)