專利名稱：多通道10/100m以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳輸設(shè)備，特別涉及一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機。
背景技術(shù)：
近十年來，以太網(wǎng)在全球獲得了廣泛應(yīng)用，成為在局域網(wǎng)領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢的技術(shù)，并開始不斷向城域網(wǎng)擴展，使以太網(wǎng)的發(fā)展獲得了新的空間。目前企事業(yè)單位總部網(wǎng)絡(luò)與各自的分支機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)連接也逐步開始采用光以太網(wǎng)傳輸技術(shù)，而各單位之間，特別是一些對保密性要求比較高的單位如銀行、證券系統(tǒng)等，可能由于彼此不信任或安全方面的原因要求各自的網(wǎng)絡(luò)互相獨立，因此各單位總部都分別利用一根光纖與各自的分支機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)相連，這勢必需要很多光纖資源，而現(xiàn)已敷設(shè)的光纜中冗余的光纖數(shù)量往往滿足不了這些要求。解決方法之一是對每個光系統(tǒng)分別用不同的光波長進行調(diào)制，然后利用光波分復用技術(shù)在一根光纖中進行傳輸，由于這一方法的成本比較高，一般較少采用。另一種解決方法是利用時分復用技術(shù)將多路以太網(wǎng)信號進行高速數(shù)字復接，由于以太網(wǎng)信號是異步的，存在如何將各路異步的以太信號進行同步，然后再進行高速數(shù)字復接及光傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，能利用時分復用技術(shù)將多路以太網(wǎng)信號進行高速數(shù)字復接。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下構(gòu)思光發(fā)送部分將各通道異步以太網(wǎng)信號調(diào)整至同步信號、高速數(shù)字同步復接成幀的串行發(fā)送信號，經(jīng)光發(fā)送模塊傳輸?shù)讲ǚ謴陀闷鳎ǚ謴陀闷鹘邮盏男盘柦?jīng)光接收模塊傳到光接收部分，光接收部分進行高速數(shù)字解復接分離出各通道以太網(wǎng)信號。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，包括發(fā)送部分的輸出經(jīng)光發(fā)送模塊連接波分復用器的輸入以及波分復用器的輸出經(jīng)光接收模塊連接接收部分的輸入，其特征在于發(fā)送部分是由10/100M以太信號經(jīng)RJ45輸入口分別連接多個以太網(wǎng)信號接收處理單元后再連接一個數(shù)字同步復接電路的輸入，并由同一時鐘源對各種接口提供時鐘信號構(gòu)成；接受部分是由光接收模塊的輸出經(jīng)一個數(shù)字同步分接電路連接多個以太網(wǎng)信號發(fā)送處理單元的輸入構(gòu)成。
上述的以太網(wǎng)接收處理單元是由一個以太變壓器的輸入連接10/100以太網(wǎng)信號RJ45輸入口，而輸出經(jīng)以太網(wǎng)芯片的PHY層電路、MAC層電路、交換核心及緩存電路，然后連接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)另一個帶有MII接口的MAC層電路的輸入所組成。
上述的數(shù)字同步復接電路是由一片EPIC6T144C6 FPGA型芯片、一片TLK2001型芯片和四個電阻組成。
上述的數(shù)字同步分解電路是由一片TLK2001型芯片、一片EPIC6TI44FPGA型芯片和四個電阻組成。
上述的以太網(wǎng)接收來自數(shù)字同步分接電路的信號后，經(jīng)交換核心和緩存電路，以太網(wǎng)芯片內(nèi)的另一MAC層電路、PHY層電路和以太變壓器，最后連接RJ45輸出口所組成。
上述的以太網(wǎng)信號接收處理單元和以太網(wǎng)信號發(fā)送處理單元的電路由一個RJ45以太網(wǎng)插座、一個H1102型以太網(wǎng)變壓器、一片KS8995型以太網(wǎng)口單片交換芯片、七個電阻和三個電容組成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出特點和顯出優(yōu)點本發(fā)明在發(fā)送部分中采用了以太網(wǎng)信號接收處理單元和同一時鐘源，并在接受部分采用了以太網(wǎng)信號發(fā)送處理單元，從而解決了將各路異步的以太網(wǎng)信號進行同步，然后再進行高速數(shù)字復接及光傳輸，以實現(xiàn)單光纖中雙向傳輸多路10/100M以太網(wǎng)信號。


圖1為本發(fā)明多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸端機的總體框圖。
圖2為圖1所示多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸端機中發(fā)送部分框圖。
圖3為圖1所示多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸端機中接收部分框圖。
圖4至圖8為具體實施例的電路4為以太網(wǎng)接收信號處理單元6和發(fā)送信號處理單元9電路圖。
圖5為數(shù)字同步復接電路7電路圖。
圖6為數(shù)字同步分接電路8電路圖。
圖7為發(fā)送部分1時鐘產(chǎn)生電路圖。
圖8為接收部分5時鐘分配電路圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是參見圖1，本發(fā)明的多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸端機的總體結(jié)構(gòu)是發(fā)送部分1將八路以太網(wǎng)信號經(jīng)數(shù)字同步復接成高速串行數(shù)據(jù)送至光發(fā)送模塊2，光發(fā)送模塊2將高速串行電信號轉(zhuǎn)換成指定波長的光信號，隨后再送到波分復用器(WDM)3，由WDM3完成二個不同波長收發(fā)光信號的復用來實現(xiàn)單光纖雙向線路傳輸。光纖線路上收回來的光信號經(jīng)波分復用器3分離后送到光接收模塊4，由其進行光/電變換后的高速串行數(shù)據(jù)信號輸入到接收部分5，接收部分5完成高速串行信號定時提取及判決并分接出八路以太網(wǎng)信號。光發(fā)送模塊2和光接收模塊4可采用通用的千兆以太網(wǎng)收發(fā)一體光模塊，WDM3可以是普通的雙窗口1310/1550nm波分復用器或是單窗口1550nm±20nm粗波分復用器，視實際傳輸距離而定。由于以太網(wǎng)信號是雙向傳輸，所以本發(fā)明的光端機沒有收發(fā)之分，一個光端機同時完成接收和發(fā)送功能，這樣光纖傳輸線路兩端的光端機的電路部分完全相同，所不同的是為實現(xiàn)單光纖雙向傳輸而選的兩個光收發(fā)模塊的光波長不同而已。本發(fā)明的核心是發(fā)送部分1和接收部分5，以下結(jié)合其他附圖作進一步的描述。
圖2為圖1所示多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸端機發(fā)送部分1的電路框圖。八路10/100M以太網(wǎng)信號經(jīng)八個RJ45輸入口11分別接到八個以太變壓器12，變壓器12一方面起到與外部以太網(wǎng)信號的直流隔離，另一方面進行信號的電平及阻抗變換，其輸出信號接到各自的以太網(wǎng)芯片的PHY層電路13。PHY層電路13的輸出信號經(jīng)MAC14層后送到各自的交換核心及緩存電路15，然后再接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)另一個帶有MII接口的MAC層電路16，八路MII接口的輸出信號由統(tǒng)一的時鐘源10驅(qū)動同步工作。MII接口并行數(shù)據(jù)信號的工作頻率為25MHz，由于采用全雙工方式，MII接口上一些輔助信號可以不用，所以每路以太網(wǎng)的MII接口輸出信號僅需傳送4位數(shù)據(jù)信號TXD
和1位數(shù)據(jù)有效信號TXEN，八路以太網(wǎng)共需傳送32位并行數(shù)據(jù)信號及8位數(shù)據(jù)有效信號。經(jīng)同步后的八路MII接口并行輸出信號送到數(shù)字同步復接電路7，再插入幀頭和一些附加信號后通過并/串變換成為高速串行信號輸出。幀頭和附加信息占用10位數(shù)據(jù)信號，加上八路以太網(wǎng)的32位并行數(shù)據(jù)信號及8位數(shù)據(jù)有效信號總共是50位數(shù)據(jù)信號，每位數(shù)據(jù)信號的比特率為25Mbps，最后輸出的串行信號速率1.25Gbps。數(shù)字同步復接電路7由一片F(xiàn)PGA芯片完成。電/光轉(zhuǎn)換采用通用的1.25GHz以太網(wǎng)光收發(fā)一體化模塊，因此完全能滿足1.25Gbps速率數(shù)據(jù)的傳輸需要。
圖3為圖1所示光端機接收部分5的電路框圖，圖3中光接收模塊4將收到的光信號轉(zhuǎn)換為高速串行電信號后輸出到數(shù)字同步分離電路8。同步分離電路8首先進行時鐘提取和數(shù)據(jù)判決，然后是幀同步、附加信息的提取以及八路MII接口信號的分離，所有這些工作均由一片F(xiàn)PGA芯片完成。分離后的每一路MII接口信號分別接到各自的以太網(wǎng)芯片，因工作于全雙工方式，所以以太網(wǎng)芯片的MII接口輸入信號僅需接4位數(shù)據(jù)信號RXD
和1位數(shù)據(jù)有效信號RXEN，這些信號經(jīng)MAC層17后進入交換核心及緩存電路18，其輸出接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)的另一MAC層電路19，最后經(jīng)PHY層電路20變換成串行信號后通過以太變壓器21輸出到RJ45口22。
圖4是圖1發(fā)送部分1框圖中以太網(wǎng)接收信號處理單元6和接收部分5電路框圖中以太網(wǎng)發(fā)送信號處理單元9的電路圖。圖中IC1是RJ45以太網(wǎng)插座，負責接收和發(fā)送以太網(wǎng)信號，電阻R3、R4、R5及電容C2是以太網(wǎng)交流匹配負載。IC2為PULSE公司生產(chǎn)的以太網(wǎng)變壓器H1102，一方面起著與外部以太網(wǎng)信號的直流隔離，另一方面進行信號的電平及阻抗變換，其中以太網(wǎng)接收信號處理單元6將來自外部以太網(wǎng)的接收信號經(jīng)以太網(wǎng)變壓器后送到IC3的PHY接口，再經(jīng)IC3的片內(nèi)交換和緩存后由MII接口輸出。而以太網(wǎng)發(fā)送信號處理單元9接收反向的MII接口信號并經(jīng)IC3片內(nèi)交換和緩存后由PHY接口輸出至IC2，經(jīng)以太網(wǎng)變壓器變換后送到IC1，電阻R1、R2、R6、R7、及電容C1、C3構(gòu)成交流匹配負載。IC3為KENDIN公司生產(chǎn)的5個以太網(wǎng)口單片交換芯片KS8995，本實例僅利用其中的2個以太網(wǎng)口，即1個負責收發(fā)來自外部以太網(wǎng)信號的PHY口和1個與數(shù)字同步復接電路及數(shù)字同步分接電路相連的MII口。在以太網(wǎng)接收信號處理單元部分IC3的PHY口通過TXP1、TXM1接收來自IC2的以太網(wǎng)接收信號，經(jīng)片內(nèi)交換及緩存后由MII口的TP1_TXD
、TP1_TXEN信號送到圖5數(shù)字同步復接電路7的IC4，在以太網(wǎng)發(fā)送信號處理單元部分IC3的MII口接收來自圖6數(shù)字同步分接電路8的TP1_RXD
、TP1_RXDV信號，經(jīng)片內(nèi)交換及緩存后由PHY口的RXP1、RXM1將以太網(wǎng)發(fā)送信號送到IC2。本實施例共有八個10/100M以太網(wǎng)通道，所以需八塊如圖4所示的電路，這八塊電路的發(fā)送時鐘和接收時鐘分別由同一個發(fā)送時鐘源25MCK_TX(見圖7)和接收時鐘源25MCK_RX(見圖8)驅(qū)動。
圖5是圖1發(fā)送部分1框圖中數(shù)字同步復接電路7的電路圖，圖中IC4為一片ALTERA公司生產(chǎn)的EP1C6T144C6 FPGA芯片，IC4接收八個如圖4所示的MII口信號，八路同步MII接口信號加上幀頭和一些附加信號(共50位并行信號)后先復接成10位并行信號，隨后輸出到IC5。IC5及圖6中IC8為National Semiconductor公司生產(chǎn)的單片并/串、串/并轉(zhuǎn)換芯片TLK2001，IC5完成其中的并/串轉(zhuǎn)換功能，電阻R8至R11為IC5輸出端下拉電阻，其高速差分串行輸出信號TXP、TXN接到IC6光發(fā)模塊2。IC6及圖6中的IC7為Agilent公司生產(chǎn)的單片光收發(fā)一體化模塊HFBR-53D5，IC6為其中的電/光轉(zhuǎn)換部分，完成光發(fā)模塊2的功能，其光輸出信號接到波分復用器WDM3。
圖6是圖3接收部分5框圖中數(shù)字同步分接電路8的電路圖，IC7為上述光收發(fā)一體化模塊HFBR-53D5的光/電轉(zhuǎn)換部分，完成光收模塊3的功能，IC7接收來自波分復用器WDM3的光輸入信號，輸出高速差分串行信號至IC8，電阻R12至R15為輸出端下拉電阻。IC8為上述TLK2001芯片中的串/并轉(zhuǎn)換部分，完成位時鐘提取及高速差分串行信號至10位并行信號的轉(zhuǎn)換，其輸出接到IC9。IC9為一片ALTERA公司生產(chǎn)的EP1C6T144C6 FPGA芯片，完成八路同步MII接口信號的分接工作，其MII口輸出信號接到八個與圖4所示相對應(yīng)的MII接收信號TP1_RXD0
、TP1_RXDV端。
圖7是發(fā)送部分1的時鐘分配電路圖，其中IC10為Fox Electronics公司生產(chǎn)的F4600-125MHz時鐘振蕩器芯片，所產(chǎn)生的125MHz時鐘分別接到圖5中IC4和IC5的125MCK_TX時鐘端。IC11A采用TI公司生產(chǎn)的與非門741v00，IC12A、IC12B、IC13A采用TI公司生產(chǎn)的D觸發(fā)器741v74，它們構(gòu)成一個5分頻電路，其輸出的25MHz時鐘分別接到圖4中IC3和圖5中IC4的25MCK_TX時鐘端。
圖8是接收部分5的時鐘分配電路圖，其中125MHZ的輸入時鐘125MCK_RX是由圖6中的IC9從高速差分串行信號中提取出的時鐘信號125MCK_RX提供，IC14A采用TI公司生產(chǎn)的與非門741v00，IC15A、IC15B、IC16A采用TI公司生產(chǎn)的D觸發(fā)器741v74，它們構(gòu)成一個5分頻電路，其輸出的25MHz時鐘分別接到圖4中IC3和圖6中IC9的25MCK_RX時鐘端。
上述實施例中，每路以太網(wǎng)信號的傳輸將占用125Mbps的信道容量，而幀頭和附加信息占用250Mbps的信道容量，因此傳輸八路以太網(wǎng)信號時總的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.25Gbps，可用1.25GHz速率的光收發(fā)模塊調(diào)制傳輸。如要增加傳輸路數(shù)則可選用更高速率的光收發(fā)模塊，當采用2.5GHz速率的光收發(fā)模塊時傳輸路數(shù)可達17路。
權(quán)利要求
1.一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，包括發(fā)送部分(1)的輸出經(jīng)光發(fā)送模塊(2)連接波分復用器(3)的輸入以及波分復用器(3)的輸出經(jīng)光接收模塊(4)連接接收部分(5)的輸入，其特征在于發(fā)送部分(1)是由10/100M以太信號經(jīng)RJ45輸入口(11)分別連接多個以太網(wǎng)信號接收處理單元(6)后再連接一個數(shù)字同步復接電路(7)的輸入，并由同一時鐘源(10)對各種接口提供時鐘信號構(gòu)成；接受部分(5)是由光接收模塊(4)的輸出經(jīng)一個數(shù)字同步分接電路(8)連接多個以太網(wǎng)信號發(fā)送處理單元(9)的輸入構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，其特征在于以太網(wǎng)接收處理單元(6)是由一個以太變壓器(12)的輸入連接10/100以太網(wǎng)信號RJ45輸入口(11)，而輸出經(jīng)以太網(wǎng)芯片的PHY層(13)電路、MAC層電路(14)、交換核心及緩存電路(15)，然后連接到以太網(wǎng)芯片內(nèi)另一個帶有MII接口的MAC層電路(16)的輸入所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，其特征在于數(shù)字同步復接電路(7)是由一片EPIC6T144C6 FPGA型芯片(IC4)、一片TLK2001型芯片(IC5)和四個電阻(R8、R9、R10、R11)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，其特征在于數(shù)字同步分接電路(8)是由一片TLK2001型芯片(IC8)、一片EPIC6TI44FPGA型芯片(IC9)和四個電阻(R12、R13、R14、R15)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，其特征在于以太網(wǎng)接收來自數(shù)字同步分接電路(8)的信號后，經(jīng)交換核心和緩存電路(18)，以太網(wǎng)芯片內(nèi)的另一MAC層電路、PHY層電路(20)和以太變壓器(21)，最后連接RJ45輸出口(22)所組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機，其特征在于以太網(wǎng)信號接收處理單元(6)和以太網(wǎng)信號發(fā)送處理單元(9)的電路由一個RJ45以太網(wǎng)插座(IC1)、一個H1102型以太網(wǎng)變壓器(IC2)、一片KS8995型以太網(wǎng)口單片交換芯片(IC3)、七個電阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7)和三個電容(C1、C2、C3)組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及光傳輸設(shè)備，特別涉及一種多通道10/100M以太網(wǎng)信號單光纖雙向傳輸光端機。它包含有發(fā)送部分的輸出經(jīng)光發(fā)送模塊連接波分復用器的輸入以及波分復用器的輸出經(jīng)光接收模塊連接接收部分的輸入，發(fā)送部分是由10/100M以太信號經(jīng)RJ45輸入口分別連接多個以太網(wǎng)信號接收處理單元后再連接一個數(shù)字同步復接電路的輸入，并由同一時鐘源對各個接口提供時鐘信號構(gòu)成；接受部分是由光接收模塊的輸出經(jīng)一個數(shù)字同步分接電路連接多個以太網(wǎng)信號發(fā)送處理單元的輸入構(gòu)成。本發(fā)明解決了將各路異步的以太網(wǎng)信號進行同步，然后再進行高速數(shù)字復接及光傳輸，以實現(xiàn)單光纖中雙向傳輸多路10/100M以太網(wǎng)信號。
文檔編號H04B10/04GK1529427SQ200310107949
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者李迎春, 宋英雄, 林如儉, 沈昶宏, 胡斌, 陳健, 張瑞峰, 宋烈浦 申請人:上海大學, 上海天博光電科技有限公司