徐曉明，趙清瀟

（山東泉清通信有限責任公司 山東 濟南 250101）

基帶光纖拉遠是將數(shù)字微波接力系統(tǒng)的中頻部分從室內(nèi)單元移至室外單元。由于信號拉遠的物理介質(zhì)采用的是光纖，而且傳輸?shù)氖腔鶐?shù)字信號，因此傳輸距離一般可達幾km以上?；鶐Ч饫w拉遠避免了系統(tǒng)的室內(nèi)單元和室外單元之間饋線連接的不便，同時減少了饋線損耗，降低了功率放大器的功率要求，最重要的是天線的位置調(diào)整不再受室內(nèi)單元的制約，可以依據(jù)周邊環(huán)境特點，選擇合適的地點架設(shè)，降低了設(shè)備開通的難度。本文介紹了88E1111的功能和特點，并給出了采用88E1111完成數(shù)字微波接力系統(tǒng)基帶光纖拉遠的接口設(shè)計方案，解決了基帶光纖拉遠接口設(shè)計復(fù)雜、難以實現(xiàn)的問題。

1 88E1111簡介[1]

1.1 88E1111的功能特點

88E1111是Marvell公司推出的單片集成高性能千兆以太網(wǎng)物理層芯片，具有如下功能：完整支持IEEE802.3協(xié)議簇；內(nèi)置1.25 G串行解串行器，滿足千兆光傳輸應(yīng)用；支持GMII、TBI、RGMII、RTBI等多種 MAC層接口； 支持 10/100/1 000 BaseT自適應(yīng)檢測；采用0.13 μm CMOS工藝，支持2.5 V、1.2 V低電壓供電，最大功耗0.75 W，且支持自動降功耗功能。

1.2 88E1111的接口

1）GMII接口 88E1111與MAC層之間的數(shù)據(jù)接口見表1。

2）Management接口 由 MDC、MDIO 2個信號組成，MDC為時鐘信號，最大速率8.3 MHz；MDIO為數(shù)據(jù)信號，同步于MDC。數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)“01”表示操作的開始；緊隨其后是操作碼，“10”表示讀操作，“01”表示寫操作；然后是物理地址、寄存器地址、寄存器數(shù)據(jù)。CPU通過訪問相應(yīng)的物理地址、寄存器地址，對芯片進行控制和監(jiān)測。

3）LED/Configuration接口 LED接口由 LED_Link10、LED_Link100、LED_Link1000、LED_TX、LED_RX、LED_Duplex、VDDO、VSS組成。Configuration接口由Config[6:0]組成。通過將Config[6:0]連接到LED接口的不同信號，可以將芯片配置到相應(yīng)的工作模式。典型的1000BaseX、全雙工工作模式配置映射關(guān)系如表2所示。

表1 GMII接口描述

表2 配置接口映射關(guān)系

4）高速串行信號接口 由3對差分信號組成，接口電平為CML，其中S_IN±為串行數(shù)據(jù)輸入、S_OUT±為串行數(shù)據(jù)輸出、SD±為光功率有效輸入。

1.3 88E1111的寄存器

88E1111共有32個控制寄存器，每個寄存器16 bit，地址偏移量為00H～1FH。功能為復(fù)位芯片、設(shè)置速率、雙工模式等，其描述如表3所示。

表3 控制寄存器描述

2 方案設(shè)計

圖1 基帶光纖拉遠接口方案框圖

根據(jù)88E1111的功能特點和基帶光纖拉遠的設(shè)計要求，本文提出了用88E1111完成數(shù)字微波接力系統(tǒng)基帶光纖拉遠的接口設(shè)計方案。接口設(shè)計方案框圖如圖 1所示，主要由室內(nèi)單元、室外單元2部分組成。發(fā)方向，室內(nèi)單元業(yè)務(wù)碼流輸入FPGA復(fù)分解器，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)打包，封裝成符合IEEE802.3標準的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，通過GMII接口發(fā)送到88E1111，由88E1111完成數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換，通過高速串行信號接口將信號發(fā)送到1.25 G光收發(fā)器，完成電光轉(zhuǎn)換后向室外單元發(fā)送1.25 G光信號。室外單元1.25 G光收發(fā)器接收光信號，完成光電轉(zhuǎn)換，通過高速串行信號接口將高速電信號輸入88E1111，由88E1111完成數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換，通過GMII接口將并行數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA調(diào)制解調(diào)器，完成數(shù)據(jù)解幀、調(diào)制后，通過中頻射頻單元向空中發(fā)送無線射頻信號。收方向為發(fā)方向的逆向流程。

3 硬件設(shè)計

圖2所示是1.25 G光收發(fā)器SSFF3151的電路原理圖，其收發(fā)引腳RD±、TD±分別連接到88E1111的高速串行信號接口S_IN±、S_OUT±信號。圖3所示是88E1111的電路原理圖，其主要引腳連接關(guān)系如下：GMII接口信號（詳見表1連接到 FPGA；Management接口信號 MDIO、MDC連接到微處理器；Config接口信號按表2映射關(guān)系連接到LED接口；XTAL1引腳輸入125 MHz時鐘信號，頻率穩(wěn)定度±50 ppm；RSET為芯片參考電壓輸入引腳，通過5 kΩ精密電阻連接到地；SEL_FREQ為時鐘輸入選擇引腳，接低電平時，選擇125 MHz時鐘輸入。

圖2 光收發(fā)器原理圖

88E1111完全按照IEEE802.3協(xié)議工作。TX_CLX為發(fā)送時鐘，TX_EN為發(fā)送使能信號，TX_EN有效時，在發(fā)送時鐘TX_CLK的上升沿傳送數(shù)據(jù)TXD[7:0]至88E1111，完成發(fā)送操作。RX_CLK為接收時鐘，RX_DV是接收數(shù)據(jù)使能信號，RX_DV有效時，在接收時鐘RX_CLK的上升沿從88E1111接收數(shù)據(jù)RXD[7:0]，完成接收操作。

圖3 88E1111電路原理圖

4 設(shè)計中應(yīng)注意的問題

4.1 電氣接口匹配[2-4]

88E1111的高速串行信號接口為CML接口，光收發(fā)器的信號接口為LVPECL接口。因此接口之間要增加CML轉(zhuǎn)LVPECL電氣接口匹配電路。采用交流耦合接口匹配電路時，發(fā)送端在LVPECL的2個輸出信號上各加一個到地的偏置電阻，即圖 2中 R9、R10，電阻值選取范圍 142～200 Ω。輸入端在LVPECL的2個輸入信號之間跨接一個電阻，即R5，阻值取 100 Ω。

4.2 GMII接口設(shè)計

GMII接口數(shù)據(jù)速率達到125 Mb/s，速率較高，為了避免各個信號在PCB板上由于傳播時延不同而造成相位誤差，布線時，TXD[7:0]、GTX_CLK、TX_EN 為一組信號，RXD[7:0]、RX_CLK、RX_DV為一組信號，兩組信號必須嚴格等長。

4.3 PCB布線設(shè)計

基帶光纖拉遠接口板上有LVTTL、LVPECL、CML等多種信號。為避免相互干擾，PCB布線時應(yīng)注意，在差分線對內(nèi)，2條線之間的距離應(yīng)盡可能短，以保持接收器的共模抑制能力，在PCB板上，2條差分線之間的距離應(yīng)盡可能保持一致，以避免差分阻抗的不連續(xù)性。

5 結(jié)束語

基于88E1111的基帶光纖拉遠接口設(shè)計方案，在千兆、全雙工運行模式下，接口數(shù)據(jù)傳輸速率可達800 Mb/s；在單模光纖傳輸時，傳輸距離可達20 km，完全達到數(shù)字微波接力系統(tǒng)的設(shè)計要求[5－6]。本方案已在多個數(shù)字微波接力產(chǎn)品中得到應(yīng)用，具有設(shè)計簡單、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。相比傳統(tǒng)的方案有以下2個創(chuàng)新點：1）傳輸數(shù)據(jù)采用符合IEEE802.3協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，接口標準、可靠；2）采用光纖作為傳輸介質(zhì)，避免了系統(tǒng)的室內(nèi)外單元之間饋線連接的不便，大大降低了系統(tǒng)成本和設(shè)備開通的難度。

[1]Marvell Inc.88E1111 Datasheet[DB/OL].（2007）[2009－11－10].http://www.marvell.com//files/products/transceivers/alaska_gigabit/Alaska_88E1111－002.pdf.

[2]National Inc.Interface products selection guide[DB/OL].（2006）[2009－11－10].http://www.national.com/appinfo/lvds/files/interface_selguide.pdf.

[3]Maxim公司.LVDS、PECL和CML介紹[DB/OL].（2008）[2009－11－10].http://www.maxim－ic.com.cn/pdfserv/cn/an/AN291C.pdf.

[4]TI公司.Interfacing Between LVPECL，VML，CML，and LVDS Levels[DB/OL]. （2002）[2009－11－10].http://focus.ti.com.cn/cn/lit/an/slla120/slla120.pdf.

[5]通信世界網(wǎng).3G數(shù)字基站射頻拉遠CPRI規(guī)范的實現(xiàn)[EB/OL].（2009－02－12）[2009－03－20].http://www.cww.net.cn/tech/html/2009/2/12/2009212832512260.htm.

[6]姚彥，梅順良，高葆新，等.數(shù)字微波中繼通信工程[M].北京：人民郵電出版社，1990.