高速光纤数据传输线关键技术研究

发布时间：2017-04-12 17:08

  本文关键词：高速光纤数据传输线关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着通信技术的发展,对数据传输的要求越来越高。提高传输速度和带宽,主要集中在两个方面,一个是传输介质具有高速率和高带宽的特性;另一个要求互连技术应尽可能降低数据传输时对信号的负面影响。光纤作为下一代传输介质,相比于铜线,有着高带宽、大容量、损耗低,中继距离长、体积小、重量轻、抗干扰和保密性好等不可比拟的优势,正在逐渐的代替铜线,广泛的应用于不同的产业中。因此对基于光纤的高速数据传输线的研究显得颇为重要。本文将对高速光纤数据传输线的关键技术进行研究,并基于此实现了10.32 Gbps的SFP+高速光收发组件的研制与测试。本文主要包括以下四个方面:(1)对高速光纤数据传输线国内外的研究状况进行调研,对其关键技术的发展进行研究。关注的重点是传输速率、带宽、接收灵敏度、误码率以及封装形式等。(2)对高速数字信号传输原理进行阐述,其次对高速光纤数据传输线的关键技术,如传输速率、接收灵敏度、误码率等进行理论分析。计算了光接收机在速率为2.5 Gbps和10.32 Gbps、误码率为1.0×10-9时的接收灵敏度理论值,为后文设计提供理论基础。(3)确定具体的研制方案。首先调研市面上出售的激光器、接收器、激光驱动芯片、接收放大芯片和控制芯片等,选择可靠性高、满足性能要求的器件。其次按照速率10.32 Gbps的目标实现SFP+封装的高速光收发组件并实现数字诊断功能。最后结合高速数字信号信号完整性分析,进行PCB板设计。(4)对完成加工的组件进行测试,测试内容分为六项,分别是:传输速率、工作波长、工作电压与电流、平均输出光功率、激光器输出线宽和2.5 Gbps以及10.32Gbps情况下的接收灵敏度。通过测试可得,研制的SFP+高速光收发组件传输速率可达10.32 Gbps,发射端出光功率-2.03 dBm,接收灵敏度在速率为10.32 Gbps时为-16.21 dBm,在速率为2.5 Gbps时接收灵敏度为-18.81 dBm。并且收发组件满足SFP+协议规范SFF-8431。
【关键词】：光纤数据线 数字信号 速率 误码率 接收灵敏度
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.11
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究工作的背景与意义11-12
• 1.2 高速数字光纤传输系统国内外发展动态12-18
• 1.2.1 SFP型光纤数据传输线14
• 1.2.2 USB型光纤数据传输线14-15
• 1.2.3 嵌入式型光纤数据传输线15-16
• 1.2.4 QSFP型光纤数据传输线16-17
• 1.2.5 CXP型光纤数据传输线17
• 1.2.6 光纤数据线的发展挑战17-18
• 1.3 论文的主要成果18
• 1.4 论文结构安排18-19
• 第二章 高速数字信号传输原理19-29
• 2.1 高速光纤数据传输线关键技术19-24
• 2.1.1 传输电平19-22
• 2.1.1.1 电流模式逻辑（CML）19-20
• 2.1.1.2 正射极耦合逻辑（PECL）20-22
• 2.1.2 差分驱动方式22
• 2.1.3 调制与解调22-24
• 2.1.3.1 光信号的调制22-23
• 2.1.3.2 光信号的解调23-24
• 2.2 高速数字信号传输技术要点24-28
• 2.2.1 传输速率25
• 2.2.2 误码率与接收灵敏度25-28
• 2.2.3 传输距离28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 高速光收发组件的设计与研制29-61
• 3.1 系统设计规范29-30
• 3.2 系统设计器件选型30-36
• 3.2.1 TOSA与ROSA31-33
• 3.2.1.1 TOSA选型31-32
• 3.2.1.2 ROSA选型32-33
• 3.2.2 芯片选型33-36
• 3.2.2.1 激光驱动器MAX394633-34
• 3.2.2.2 限幅放大器MAX394534-35
• 3.2.2.3 控制芯片C8051F31635-36
• 3.3 电路功能实现36-44
• 3.3.1 信号的发射与接收过程37-40
• 3.3.1.1 高速数字信号的发射过程37-39
• 3.3.1.2 高速数字信号的接收过程39-40
• 3.3.2 三线数字总线40-41
• 3.3.3 功能电路的设计41-44
• 3.3.3.1 关闭激光器功能电路设计41-42
• 3.3.3.2 系统故障提示功能电路设计42-43
• 3.3.3.3 最大偏置电流限制电路设计43-44
• 3.3.3.4 失光报警功能电路设计44
• 3.4 总体设计原理图44-46
• 3.5 高速数字电路PCB设计与外协加工46-58
• 3.5.1 高速数字电路信号完整性分析46-54
• 3.5.1.1 电源分配系统及其影响47-49
• 3.5.1.2 传输线及其相关设计规则49-52
• 3.5.1.3 串扰及其消除方法52-53
• 3.5.1.4 电磁干扰53-54
• 3.5.2 高速光收发组件PCB设计54-58
• 3.5.3 高速光收发组建的加工58
• 3.6 高速光收发组件程序控制设计58-59
• 3.7 本章小结59-61
• 第四章 实验研究及性能测试61-75
• 4.1 高速光收发组件的实验研究61-67
• 4.1.1 高速光收发组件发射端实验研究61-64
• 4.1.1.1 偏置电流设置61-62
• 4.1.1.2 调制电流与去加重设置62-63
• 4.1.1.3 输入均衡设置63-64
• 4.1.1.4 发射端总体初始化顺序64
• 4.1.2 高速光收发组件接收端实验研究64-67
• 4.1.2.1 速率选择设置64
• 4.1.2.2 去加重与输出电平设置64-66
• 4.1.2.3 LOS阈值设置66-67
• 4.1.2.4 失调修正电路设置67
• 4.1.2.5 接收端总体初始化顺序67
• 4.2 高速光收发组件的性能测试67-74
• 4.2.1 工作电压与电流69
• 4.2.2 平均输出光功率69-70
• 4.2.3 工作波长与激光器输出线宽70
• 4.2.4 传输速率70-73
• 4.2.5 接收灵敏度测试73-74
• 4.3 本章小结74-75
• 第五章 全文总结与展望75-77
• 5.1 全文总结75-76
• 5.2 后续工作展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81

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本文编号：301741