基于FPGA的高速误码测试系统硬件电路设计与实现

摘 要：FPGA是一种重要的半定制电路集成形式，可以提高系统的控制效果，使系统功能能够顺利地实现。基于此，本文先从电源系统、时钟系统、通信接口、控制模块等方面对高速误码测试系统硬件电路设计进行分析，再从图形序列、误码检测、带宽时钟等方面对高速误码测试系统功能实现进行分析，从而提高硬件电路的设计水平。

关键词：FPGA;高速誤码测试系统;硬件电路

引言：为了实现良好的误码检测功能，需要合理地对高速误码测试电路进行设计，使其具有稳定的工作状态，能够对误码进行有效地识别，避免在误码识别过程中造成疏漏。误码检测需要具有较强的自适应性，能够适用于多种误码检测环境，使误码能够得到有效地分析，进而保障高速误码测试系统应用更为广泛。

1高速误码测试系统概述

高速误码测试系统以FPGA作为主控芯片，可以有效地对数据进行处理，使误码测试功能能够顺利地实现。通过该系统可以实现误码连续检测功能，并且具有较高的检测效率，使误码能够被准确地识别出来。误码测试系统分为序列发生和误码检测两部分，两者相互配合可以实现图形存储功能，使序列能够更好地接收与发送。系统的输出数据为16路LVDS信号，需要在串行输出环境中运行，使数据输出具有良好的同步性，进而对误码进行高速识别。误码检测需要在时钟信号作用下进行，通过高传输速度对误码进行记录，使误码能够被有效地显示，进而保障误码检测模块的功能实现[1]。

2高速误码测试系统硬件电路设计

2.1电源系统设计

电源是重要的供能装置，需要合理地对该部分进行设计，保障电能供应的稳定性，使系统能够稳定地工作。供电线路主要分为两种：一种为FPGA芯片供电，保障误码测试系统核心功能的实现。另一种为外围电路，使硬件电路能够稳定运行，进而实现误码检测功能。电源开关频率为800kHz，由3个基本电源进行供电，这样可以避免电源间相互影响，实现良好的供电过程。第一，核心电源，电压标值为1.0V，用于实现内部逻辑供电，对电压具有严格的限制。第二，I/O电源，可以实现1.5V、2.8V、3.3V的供电，对系统各个模块进行供电。第三，辅助电源，可以实现2.5V供电，对FPGA进行辅助供电。

2.2时钟系统设计

时钟系统设计时需要遵循以下原则：第一，通过时钟设定来实现连续检测过程，检测频点为145M，可以实现较高的测试速率，使系统能够处于高速检测状态。第二，时钟同步原则，保障时钟具有良好的同步性，使高速检测状态下误码识别不会出错。时钟采用ICS854001-21芯片进行实现，可以将检测频点设置为145M，使芯片能够实现时钟控制作用。为了提高时钟系统的工作效率，需要合理地进行时钟分配，通过晶振对时钟进行调节，将频偏控制在±50ppm以内。而且，还需要对时钟缓冲单元进行设置，使晶振能够与系统建立稳定地连接，进而实现良好的信号检测状态，保障时钟能够被有效地接入。

2.3通信接口设计

数据传输需要通过相应的接口进行实现，需要合理地对串口电路进行设计，使接口具有良好的运行状态。使用MAX3232作为接口控制的芯片，该芯片具有良好的串口通信效果，能够保障数据传输的稳定性，使误码检测过程能够顺利地进行。通过串口可以与PC端建立连接，使误码测试系统能够和PC进行通信，这样便可以通过界面对误码测试系统进行控制，使系统的管理更加地方便。

2.4显示及控制模块设计

误码测试系统需要具有显示功能，对误码数量、误码率等进行显示，使系统的功能更加地全面。显示及控制模块设计主要包含以下几个方面：第一，显示模块。采用LCD显示屏进行设计，与指定端口进行连接，进而对测试结果进行显示。误码率计算公式如下：误码率=误码比特率/传输总比特率×100%。第二，LED指示模块。负责对误码测试系统运行状态进行显示，如同步状态、运行模式等，可以对用户当前操作进行提醒，进而对工作状态形成清晰地判断。

2.5串行收发器设计

误码测试系统速率测试范围较为广泛，测试速率在100Mbps-3.75Gbps之间，可以实现串行数据的高速传输，进而使误码能够被高效识别。系统由GTP高速转换器构成，具有良好的编程控制效果，能够灵活地对数据进行识别，进而提高数据传输水平。高速GTP通道实现如下：由两路GTP进行实现，这样可以扩宽串行传输速率，使传输速率能够满足3.25G速率通道要求，传输速率能够得到充分地保障。在GTP时钟内部，引入了120Ω电阻，可以提高串行收发器的通信接收效果，使GTP时钟能够稳定地进行工作。通过GTP可以实现共膜电压的调节，提高电平工作的稳定性，并且构建良好的交流耦合形式，使串行收发器工作状态更加地稳定。

3高速误码测试系统功能实现

3.1图形序列发生

图形序列由FPGA编程进行实现，可以有效地对图形序列进行控制，使数据与图形能够更好地进行转换。在序列状态下，数据传输速度可以得到12.5Gb/s，可以实现序列数据的稳定传输。对序列K进行分析，通过FPGA将其拆分为16个速率为350.25MHz的序列，使序列K与序列k1，k2，...，k16构建等价关系。将序列取出后，经由LVDS传输到MUX芯片，进而提高图形序列的处理效率。通过对序列K进行拆分，可以提高序列数据的传输效率，使数据能够迅速地被存储，并且便于对存储地址进行控制，使存储器具有良好的容量空间，进而提高图形序列发生的效率。通过FPGA可以提高序列的发生速率，使误码检测能够长时间保持高速状态，使序列能够被有效地取出，让序列识别状态能够迅速进行，进而营造出良好的序列识别环境。

3.2误码检测

误码检测需要依托于数据对比进行实现，将数据图形的有效位进行对齐，对数据进行同步检测，进而保障数据能够被精确地识别，使误码的位置能够得到确定。误码检测过程中一般采用对比同步机制，以此来对误码进行识别。首先，需要准备好本地数据图形。若数据相同，则进行同步操作，此时数据不存在误码现象，可以对数据进行使用。若数据不同，则不能进行同步，且数据出现误码，需要对数据进行处理，进行误码率的计算。误码检测需要通过PRBS序列进行识别，由寄存器对数据进行存储，进而实现数据序列图形的有效识别，提高误码检测结果的有效性。

3.3带宽时钟产生

带宽时钟可以在100MHz-12.5GHz进行连续变化，具有稳定的工作频率，进而实现误码高速识别过程。时钟模块采用PLL芯片进行设计，可以实现良好的激励过程，对系统宽频输出进行控制，进而提高误码检测过程的稳定性。另外，OLL芯片具有较强的降噪效果，能够有效地对信号噪声进行控制，降低噪声对误码检测的影响。PLL芯片具有较高的宽频分辨率，能够得到45bit，对噪声具有良好的限制效果，使带宽时钟能够稳定地工作。

结论：综上所述，为了保障误码测试系统能够稳定地工作，需要合理地进行硬件电路设计，使系统构成更加地完善，进而更好地发挥误码检测作用。另外，需要合理地对误码测试系统进行功能实现，确保功能的完整性，进而提高误码检测的效率，使误码得到有效地识别。

参考文献：

[1]贾亮，丛龙杰.基于FPGA的高速数据采集系统研究[J].电脑与信息技术，2021，29（03）：69-71+83.

[2]李姗珊，全智，卢媛媛.多速率误码和光功率集成检测系统的研究与开发[J].仪表技术与传感器，2020（01）：112-116.

作者简介：

陆知己（1991.10.28）;性别：男;籍贯：安徽蚌埠;民族;汉;最高学历：本科;目前职称：助理工程师;研究方向：硬件测试。

（中电科思仪科技（安徽）有限公司，安徽  蚌埠  233000）