模拟信号数字光纤传输系统的设计

2017-08-09许丽娜

科技与创新 2017年14期

关键词：模拟信号二极管光纤

许丽娜

（太原理工大学，山西太原030000）

模拟信号数字光纤传输系统的设计

许丽娜

（太原理工大学，山西太原030000）

信号传输技术中光纤通信技术是一种应用广泛的技术，同时，对此技术的研究也在不断发展中。借鉴了一些前人研究成果，研究设计了关于模拟信号的数字传输系统。采用了CPLD和专用的编解码芯片并应用时分复用技术实现了多路数据的传输。同步功能的实现充分依靠同步标志，此设计功能强大却设计简单因为使用到了集成芯片，不同以往该系统中许多电路大多使用硬件来实现，不仅提高了成本，也使系统设计十分复杂。为了提高系统经济性且易于控制，采用软件来实现数据传输部分。

光纤传输；CPLD；模拟信号；软件编程

如何可靠地实现最远信息传输距离和最大的传输容量是所有通信系统在设计中需要追求与突破的。对载波调制的频带宽度决定了通信系统的传输容量，要使频带宽度增加，就要使载波频率升高。

纵观通信技术的发展历史我们会发现，它是一个不断增加信息传输容量和不断提高载波频率的历史。20世纪60年代，微波通信技术的研究已相当成熟，通信技术要想继续发展有所突破，就需要我们大力研究频率更高的光波传输。

1 系统模块

系统的结构框图如图1所示。

图1 系统的结构框图

现场可编程逻辑阵列是可编程逻辑器件的一种，它的简称是CPLD。CPLD的发展建立在PAL、GAL等小规模逻辑器件的基础上，CPLD比PAL、GAL规模更大，其规模可以等效于几十甚至几千元的通用IC芯片，相当于1个子系统部件。CPLD的优点有设计制造费用低、开发时间短、开发工具新、质量十分稳定、标准的产品不需要检测、能够用线检验等，所以，CPLD被大量使用于产品原型的设计与生产中。经过十几年的发展，好多公司都开发出了许多可编程逻辑器件。Altera公司和Xilinx公司开发的FPGA器件系列就很典型，本模拟信号数字光纤传输系统设计采用的是MAX7000S系列的CPLD，性价比很高，由Altera公司生产。CPLD的连接电路如图2所示。

图2 CPLD的连接电路

在本系统的设计中，光纤收发单元模块设计经过反复筛选，采用HFBR-5103/-5103T，它是惠普公司生产的，不仅有很高的集成度，有高达150 Mbps的传输速率，且接口相当简单，有很强的抗电磁干扰能力，使用起来非常方便，在光纤传输系统中应用很广泛。此模块有2部分，分别是光发送、光接收。光发送单元是把LED光源、集成电路一起封装成型，光源发的光波长是1 300 nm，集成电路可以TTL电平、PECL电平转换。光接收单元中，封装在一起的是PIN光电二极管、前置放大器的集成电路，PIN光电二极管被作为光电检测元件，前置放大器的功能是对检测到的信号进行整形、放大。且该单元的数据同样兼容于PECL电平，此单元模块的总体封装结构有2个基本原件、2个电子原件、2个光学原件。发送单元中，LED发光二极管直接被驱动电路驱动着，驱动电路是由控制电路、调制电路组成。在接收单元中，包括2部分，即前置放大器、主放大器，接收一端的电路可以自动实现控制自动增益和信号放大功能。因此，只要选择对的接口芯片，就能够直接使用，不必再为了使用PIN光电二极管、LED发光二极管而设计电路。

2 系统软件

图3 仿真结果

软件MAX+PLUS II包括文本设计输入、原理图输入、网表设计输入、波形设计输入等多种多样的输入方法，多种输入方法各有千秋。其中，通过语言表达逻辑的输入方法成为文本输入方法，此方法可以用简单明了的言语表达复杂的逻辑，可以化简逻辑设计的复杂程度，所以在模块设计的逻辑较为复杂时，我们使用文本输入方式较多。这么多方式方法中比较直观的输入方式是图形输入方式，此方式多应用在设计项目的顶层文件中。

本文设计软件方式使用了文本设计输入，编程应用VHDL语言进行编程。接收部分的软件程序设计如图3所示。

当rdy、rvs、scd为低电平时，a（输入信号）把它的低8位与高8位数据分别传输到信号qs，在scd的上升沿，qs把它的低12位数据发给了q（输出信号），该数据正是被A/D转换以后的输出数据，把这个数据传输给D/A转换器，从而实现了模拟信号的数字光纤传输系统的设计。