一種基于fpga技術(shù)設(shè)計(jì)的高速突發(fā)模式誤碼測(cè)試儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是一種基于FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)的高速突發(fā)模式誤碼測(cè)試儀。
【背景技術(shù)】
[0002]FPGA (Field — Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在 PAL、GAL, CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
[0003]以硬件描述語(yǔ)言(Verilog或VHDL)所完成的電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的綜合與布局，快速的燒錄至FPGA上進(jìn)行測(cè)試，是現(xiàn)代IC設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)主流。這些可編輯元件可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)一些基本的邏輯門(mén)電路(比如AND、0R、X0R、N0T)或者更復(fù)雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學(xué)方程式。在大多數(shù)的FPGA里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件例如觸發(fā)器(Flip - flop)或者其他更加完整的記憶塊。
[0004]系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要通過(guò)可編輯的連接把FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來(lái)，就好像一個(gè)電路試驗(yàn)板被放在了一個(gè)芯片里。一個(gè)出廠后的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設(shè)計(jì)者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。
[0005]FPGA 一般來(lái)說(shuō)比ASIC (專(zhuān)用集成電路)的速度要慢，實(shí)現(xiàn)同樣的功能比ASIC電路面積要大。但是他們也有很多的優(yōu)點(diǎn)比如可以快速成品，可以被修改來(lái)改正程序中的錯(cuò)誤和更便宜的造價(jià)。廠商也可能會(huì)提供便宜的但是編輯能力差的FPGA。因?yàn)檫@些芯片有比較差的可編輯能力，所以這些設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)是在普通的FPGA上完成的，然后將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到一個(gè)類(lèi)似于ASIC的芯片上。另外一種方法是用CPLD (Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件)。
[0006]FPGA采用了邏輯單元陣列LCA (Logic Cell Array)這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB (Configurable Logic Block)、輸入輸出模塊 1B (Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個(gè)部分。現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門(mén)陣列(如PAL, GAL及CPLD器件)相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA利用小型查找表(16 X I RAM)來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來(lái)驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)1/0，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到1/0模塊。FPGA的邏輯是通過(guò)向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與1/0間的聯(lián)接方式，并最終決定了 FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無(wú)限次的編程。
[0007]電源類(lèi)型
FPGA電源要求輸出電壓范圍從1.2V到5V，輸出電流范圍從數(shù)十毫安到數(shù)安培。可用三種電源:低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器、開(kāi)關(guān)式DC-DC穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)式電源模塊。最終選擇何種電源取決于系統(tǒng)、系統(tǒng)預(yù)算和上市時(shí)間要求。
[0008]如果電路板空間是首要考慮因素，低輸出噪聲十分重要，或者系統(tǒng)要求對(duì)輸入電壓變化和負(fù)載瞬變做出快速響應(yīng)，則應(yīng)使用LDO穩(wěn)壓器。LDO功效比較低(因?yàn)槭蔷€性穩(wěn)壓器)，只能提供中低輸出電流。輸入電容通?？梢越档蚅DO輸入端的電感和噪聲。LDO輸出端也需要電容，用來(lái)處理系統(tǒng)瞬變，并保持系統(tǒng)穩(wěn)定性。也可以使用雙輸出LD0，同時(shí)為VCCINT 和 VCCO 供電。
[0009]如果在設(shè)計(jì)中效率至關(guān)重要，并且系統(tǒng)要求高輸出電流，則開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器占優(yōu)勢(shì)。開(kāi)關(guān)電源的功效比高于LD0，但其開(kāi)關(guān)電路會(huì)增加輸出噪聲。與LDO不同，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器需利用電感來(lái)實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。
[0010]激光是光通訊的最理想光源?，F(xiàn)在，可以生產(chǎn)多種激光器，可產(chǎn)生多種功率和波長(zhǎng)的激光。
[0011]由于激光是以受激輻射的光放大為基礎(chǔ)的發(fā)光現(xiàn)象，同以自發(fā)輻射為基礎(chǔ)的普通光源相比，具有許多鮮明的特點(diǎn)。
[0012]1.單色性好
我們知道，不同顏色的光具有不同的波長(zhǎng)。所謂單色光，實(shí)際是波長(zhǎng)范圍很小的一段輻射。譜線寬度越窄(即波長(zhǎng)范圍越小)，光的單色性就越好。需要說(shuō)明的是，這里的譜線寬度是未調(diào)制前激光所包含的波長(zhǎng)范圍，它與激光調(diào)制后的頻帶寬度是兩個(gè)不同的概念。調(diào)制前的譜線寬度越窄，調(diào)制后可以有效利用的頻帶寬度就越寬。
[0013]因?yàn)榧す馐窃谔囟芗?jí)之間實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的受激輻射，又經(jīng)過(guò)諧振腔的選頻作用，使其輸出光的譜線寬度很小，即具有很好的單色性。
[0014]利用激光的單色性好，譜線分辨率高，可用來(lái)研究物質(zhì)的能級(jí)和光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，制成一年內(nèi)誤差不超過(guò)一微秒的標(biāo)準(zhǔn)鐘。
[0015]2.方向性好
我們通常用光的發(fā)散角來(lái)描述其方向性，發(fā)散角越小，方向性越好。普通光源中最好的探照燈，其發(fā)散角為0.1rad(弧度)。如果把它照射到離地球40萬(wàn)公里的月球上(這實(shí)際是不可能的)，其光斑直徑有幾萬(wàn)公里。在激光器中，由于受激原子發(fā)光的方向與外來(lái)光相同，再加上諧振腔只允許沿軸線傳播的光得到放大，使輸出激光的方向性很好，發(fā)散角可達(dá)10 rad，把它照射到月球上，光斑直徑不到2km。利用激光的方向性好，可用于測(cè)距、定位、導(dǎo)航等。
[0016]3.亮度高
由于激光器可以做到斷續(xù)發(fā)光，使其能量積累到一定程度再突發(fā)出來(lái)，因而具有很高的功率，最大可達(dá)10 W，再加上激光的方向性好，使其亮度極高，比太陽(yáng)的亮度還高出上千億倍，只有氫彈爆炸瞬間的強(qiáng)烈閃光才能與之相比。利用激光的高亮度，可以在局部范圍產(chǎn)生10萬(wàn)度以上的高溫，進(jìn)行打孔、焊接、手術(shù)以及可控?zé)岷朔磻?yīng)等等。
[0017]4.相干性好
所謂相干性是指兩束光能夠發(fā)生干涉，形成穩(wěn)定的明暗相間干涉圖像的特性。由于受激福射原子發(fā)出的光在頻率、位相、振動(dòng)方向等方面都同外來(lái)光子一樣，使激光具有很好的相干性比較接近于理想的、完全相干的電磁波。一般單色光源發(fā)出光的相干長(zhǎng)度不超過(guò)0.lm，但激光的相干長(zhǎng)度可達(dá)幾十公里。這里的相干長(zhǎng)度是指把一束光分成兩束，讓它們經(jīng)過(guò)不同的路程，能夠產(chǎn)生干涉的最大光程差。利用激光的相干性好，可以進(jìn)行全息攝影，進(jìn)行精密測(cè)量。
[0018]現(xiàn)代光纖網(wǎng)干線長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)(幾十公里以上)，且傳輸頻道較多，從系統(tǒng)質(zhì)量、可靠性，以及經(jīng)濟(jì)上各方面考慮，都應(yīng)該選擇調(diào)幅光纖系統(tǒng)。
[0019]1966年英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.KA)和霍克哈母(C.K.H0CKHAM)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖(Optical Fiber)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信一一光纖通信的基礎(chǔ)。1970年，光纖研制取得了重大突破，同時(shí)作為光纖通信用的光源也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，是1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。1976年，美國(guó)在亞特蘭大(ATLANTA )進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)米用GAALAS激光器作為光源，多模光纖做傳輸介質(zhì)，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。1976年美國(guó)亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的階段。此后，光纖通信技術(shù)不斷發(fā)展:光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從0.85um發(fā)展到1.31和1.55um，傳輸速率從幾十發(fā)展到幾十。另一方面，隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價(jià)格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大:從初期的市話局間中繼到長(zhǎng)途干線進(jìn)一步延伸到用戶(hù)接入網(wǎng)，從數(shù)字電話到有線電視(CATV)，從單一類(lèi)型信息的傳輸?shù)蕉喾N業(yè)務(wù)的傳輸。目前光纖已成為信息寬帶的主要媒質(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來(lái)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。
[0020]光纖通信的誕生和發(fā)展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信并列為20世紀(jì)90年代的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長(zhǎng)，對(duì)大容量(超高速和超長(zhǎng)距離)光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求。
光纖通信就是利用光波作為載波來(lái)傳送信息，而以光纖作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息傳輸，達(dá)到通信目的的一種最新通信技術(shù)。