許麗娜

（太原理工大學(xué)，山西太原030000）

模擬信號數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

許麗娜

（太原理工大學(xué)，山西太原030000）

信號傳輸技術(shù)中光纖通信技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)，同時，對此技術(shù)的研究也在不斷發(fā)展中。借鑒了一些前人研究成果，研究設(shè)計了關(guān)于模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。采用了CPLD和專用的編解碼芯片并應(yīng)用時分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多路數(shù)據(jù)的傳輸。同步功能的實(shí)現(xiàn)充分依靠同步標(biāo)志，此設(shè)計功能強(qiáng)大卻設(shè)計簡單因?yàn)槭褂玫搅思尚酒煌酝撓到y(tǒng)中許多電路大多使用硬件來實(shí)現(xiàn)，不僅提高了成本，也使系統(tǒng)設(shè)計十分復(fù)雜。為了提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性且易于控制，采用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸部分。

光纖傳輸；CPLD；模擬信號；軟件編程

如何可靠地實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)信息傳輸距離和最大的傳輸容量是所有通信系統(tǒng)在設(shè)計中需要追求與突破的。對載波調(diào)制的頻帶寬度決定了通信系統(tǒng)的傳輸容量，要使頻帶寬度增加，就要使載波頻率升高。

縱觀通信技術(shù)的發(fā)展歷史我們會發(fā)現(xiàn)，它是一個不斷增加信息傳輸容量和不斷提高載波頻率的歷史。20世紀(jì)60年代，微波通信技術(shù)的研究已相當(dāng)成熟，通信技術(shù)要想繼續(xù)發(fā)展有所突破，就需要我們大力研究頻率更高的光波傳輸。

1 系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

現(xiàn)場可編程邏輯陣列是可編程邏輯器件的一種，它的簡稱是CPLD。CPLD的發(fā)展建立在PAL、GAL等小規(guī)模邏輯器件的基礎(chǔ)上，CPLD比PAL、GAL規(guī)模更大，其規(guī)模可以等效于幾十甚至幾千元的通用IC芯片，相當(dāng)于1個子系統(tǒng)部件。CPLD的優(yōu)點(diǎn)有設(shè)計制造費(fèi)用低、開發(fā)時間短、開發(fā)工具新、質(zhì)量十分穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品不需要檢測、能夠用線檢驗(yàn)等，所以，CPLD被大量使用于產(chǎn)品原型的設(shè)計與生產(chǎn)中。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，好多公司都開發(fā)出了許多可編程邏輯器件。Altera公司和Xilinx公司開發(fā)的FPGA器件系列就很典型，本模擬信號數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計采用的是MAX7000S系列的CPLD，性價比很高，由Altera公司生產(chǎn)。CPLD的連接電路如圖2所示。

圖2 CPLD的連接電路

在本系統(tǒng)的設(shè)計中，光纖收發(fā)單元模塊設(shè)計經(jīng)過反復(fù)篩選，采用HFBR-5103/-5103T，它是惠普公司生產(chǎn)的，不僅有很高的集成度，有高達(dá)150 Mbps的傳輸速率，且接口相當(dāng)簡單，有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，使用起來非常方便，在光纖傳輸系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。此模塊有2部分，分別是光發(fā)送、光接收。光發(fā)送單元是把LED光源、集成電路一起封裝成型，光源發(fā)的光波長是1 300 nm，集成電路可以TTL電平、PECL電平轉(zhuǎn)換。光接收單元中，封裝在一起的是PIN光電二極管、前置放大器的集成電路，PIN光電二極管被作為光電檢測元件，前置放大器的功能是對檢測到的信號進(jìn)行整形、放大。且該單元的數(shù)據(jù)同樣兼容于PECL電平，此單元模塊的總體封裝結(jié)構(gòu)有2個基本原件、2個電子原件、2個光學(xué)原件。發(fā)送單元中，LED發(fā)光二極管直接被驅(qū)動電路驅(qū)動著，驅(qū)動電路是由控制電路、調(diào)制電路組成。在接收單元中，包括2部分，即前置放大器、主放大器，接收一端的電路可以自動實(shí)現(xiàn)控制自動增益和信號放大功能。因此，只要選擇對的接口芯片，就能夠直接使用，不必再為了使用PIN光電二極管、LED發(fā)光二極管而設(shè)計電路。

2 系統(tǒng)軟件

圖3 仿真結(jié)果

軟件MAX+PLUS II包括文本設(shè)計輸入、原理圖輸入、網(wǎng)表設(shè)計輸入、波形設(shè)計輸入等多種多樣的輸入方法，多種輸入方法各有千秋。其中，通過語言表達(dá)邏輯的輸入方法成為文本輸入方法，此方法可以用簡單明了的言語表達(dá)復(fù)雜的邏輯，可以化簡邏輯設(shè)計的復(fù)雜程度，所以在模塊設(shè)計的邏輯較為復(fù)雜時，我們使用文本輸入方式較多。這么多方式方法中比較直觀的輸入方式是圖形輸入方式，此方式多應(yīng)用在設(shè)計項目的頂層文件中。

本文設(shè)計軟件方式使用了文本設(shè)計輸入，編程應(yīng)用VHDL語言進(jìn)行編程。接收部分的軟件程序設(shè)計如圖3所示。

當(dāng)rdy、rvs、scd為低電平時，a（輸入信號）把它的低8位與高8位數(shù)據(jù)分別傳輸?shù)叫盘杚s，在scd的上升沿，qs把它的低12位數(shù)據(jù)發(fā)給了q（輸出信號），該數(shù)據(jù)正是被A/D轉(zhuǎn)換以后的輸出數(shù)據(jù)，把這個數(shù)據(jù)傳輸給D/A轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)了模擬信號的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計。

3 結(jié)束語

模擬信號數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件調(diào)試構(gòu)成了本文的主要內(nèi)容，依據(jù)傳輸系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和對應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的整體構(gòu)架的設(shè)計。因使用了CPLD，使本系統(tǒng)設(shè)計簡約、靈活、不復(fù)雜，并給整個系統(tǒng)的擴(kuò)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］李國瑞.光纖通信系統(tǒng)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，1999.

［2］劉愛雄.光纖通信接口的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2003.

［3］張金菊.光纖通信技術(shù)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出社，2001.

〔編輯：張思楠〕

TN929.11

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.069

2095－6835（2017）14－0069－02

許麗娜（1989—），女，研究方向?yàn)殡娮优c通信工程。