毕业设计（论文）-自适应10100M光纤收发器设计.docVIP

自适应10/100m光纤收发器设计摘 要自70年代以来，光纤凭借自身的一些固有特性(如不受噪声干扰、保密性好以及高传输带宽等)成为各种应用领域的理想传输介质。近年来，随着布线标准的改变，光电器件、光缆、连接器技术的发展以及应用带宽的逐步升级，光纤网络产品应用日益普及，很多用户开始考虑用“光纤到桌面”来替代水平布线系统中的铜缆方案。光纤收发器不仅大大简化局域网的升级，而且可以保护原有铜缆lan设备的投资，成为当前市场的迫切需要。自适应10/100mbps快速以太网收发器能够很好地满足网络带宽的平滑升级,解决网络拥塞问题，具有较高的性价比。它支持ieee802.3u 100base-t，100base-fx标准，能够有效地支持全双工或半双工的工作方式，是校园和骨干网或交换共享以太网整体布线环境中的理想器件。可以用于连接服务器、工作站、hub、交换机，它有单模和多模两种光纤传输模式。本设计基于以上特性，设计的是10/100mbps光纤收发器。关键词：ip101，光纤收发器，通信，mii，rj45abstract the optic fiber becomes to be the ideal transmit medium in all kinds of application since the seventies, which rely on its own characteristic (such as being free interruption by noise, privacy the fine and high transmit by bandwidth, etc). in recent years, with the standard of connecting changing, the development and using of the gradual of the bandwidth of photoelectric device, optical cable, connector technology and the bandwidths updating step by step, more and more users begin to use “optic fiber reaching tabletop” and substitute the copper cable scheme of horizontal wiring system. optic fiber transceiver not merely simplifies the upgrading of the lan greatly, and can protect the investment of the original copper cable lan equipment, which becomes the urgent needing of the present market. 10/100mbps adaptive fast ethernet transceiver meets the level and smooth upgrading of the bandwidth of the networks, solves the congested problem of the network, has good performance and not much cost. it supports ieee802.u 100base-t, 100base-fx standard, can support all core half a duplex working way effectively. it is the ideal device in the environment of campus, the backbone network and the wholly changing share ethernet. it can be used to connect server, workstation, hub, exchanger and so on. and there are two kind of optic transmit mode -single mode and multiply mode. this dissertation addresses the above issues and design one simple 10/100mbps adaptive optic fiber transceiver.key words：ip101, optic fiber transceiver, communication, mii, rj4535目 录第一章 序言11.1 光纤原理11.2 光纤收发器简介21.3 光纤收发器的分类21.4 光纤收发器的发展趋势4第二章 光电转换芯片ip10152.1 ip101功能概述52.2 ip101特征及功能描述62.4 传输描述92.5 ip101接口及模式102.6 ip101针脚及寄存器0描述13第三章 光收发一体模块rtxm15-/14183.1 rtxm15-/14的说明183.2性能及技术指标（t=25）183.3引线功能表193.4 推荐接口电路20第四章 系统设计214.1 自适应10/100m光纤收发器的设计思路214.2 ip101所需外围电路214.3 ip101与光收发一体模块rtxm15-/14的连接244.4 所用ip101针脚及寄存器的设置264.5 10/100m光纤收发器的系统设计26第五章 结论29致 谢31附录132附录234第一章 序言随着我国信息化建设的突飞猛进，人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置。但传统的5类线电缆只能将以太网电信号传输100米，在传输距离和覆盖范围方面已不能适应实际网络环境的需要。与此同时，光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点得到了广泛的应用，光纤收发器正是利用了光纤这一高速传播介质很好的解决了以太网在传输方面的问题。在光纤收发器中一个很重要的部分是光纤，先对光纤原理作简单介绍。1.1 光纤原理1.1.1 光纤传输材料 综合布线系统中使用的光纤为玻璃多模850nm波长的led，传输率为100m/bps，有效范围约20km.其纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成。内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高。用光纤做的光缆有多种结构形式。短距离用的光缆主要有两种，一种层结构，光缆是在中心加钢丝或尼龙丝，外束有若干根光纤，外面在加一层塑料护套；另一种是高密度光缆，它有多层丝带叠合而成，每一层丝带上平行敷设了一排光纤。 1.1.2 光纤传输过程：由发光二极管led或注入型激光二极管ild发出光信号沿光媒体传播，在另一端则有pin或apd光电二极管作为检波器接收信号。原理图如图1-1所示：图1-1 光纤传输光载波的调制称为移幅键控，又称亮度调制（intensity modulation）。典型的做法是在给定的频率下，以光的出现和消失来表示两个二进制数字。发光二极管led和注入型激光二极管ild的信号都可以用这种方法调制，pin和ild检波器直接响应亮度调制。运行在0.85um波长的发光二极管检波器pin也是低价的接收器。雪崩光二极管的信号增益比pin大，但要用2050v的电源，而pin检波器只需用5v电源。如果要达到更远距离和更高速率，则可用1.3um波长的系统，这种系统衰减很小，但要比0.85um波长系统贵源。综合布线系统中，主干线使用光纤作为传输介质是十分合适的，而且是必要的。目前采用一种光波波分复用技术wdm（wavelength division multi-plexing），可以在一条线路上复用、发送、传输多个位，一般按一个字节八位并行传输，对每个位使用不同的波长，所以它所需的支持电路可在低速率下运行。wdm的光纤链路适合于字节宽度的设备接口，是一种新的数据传输系统。1.2 光纤收发器简介 光纤收发器是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器。产品一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中，且通常定位于宽带城域网的接入层应用。 目前国外和国内生产光纤收发器的厂商很多，产品线也极为丰富。为了保证与其他厂家的网卡、中继器、集线器和交换机等网络设备的完全兼容，光纤收发器产品必须严格符合10base-t、100base-tx、100base-fx、ieee802.3和ieee802.3u等以太网标准，时下由于国内各大运营商正在大力建设小区网、校园网和企业网，因此光纤收发器产品的用量也在不断提高。 1.3 光纤收发器的分类1.3.1 按速率可以分为单10m、100m的光纤收发器、10/100m自适应的光纤收发器和1000m光纤收发器。其中单10m和100m的收发器产品工作在物理层，在这一层工作的收发器产品是按位来转发数据。而10/100m光纤收发器是工作在数据链路层，在这一层光纤收发器使用存储转发的机制，这样既减少了数据冲突的可能又保证了数据传输的可靠性， 10/100m适合于工作在速率不固定的链路上。1000m光纤收发器可以按实际需要工作在物理层或数据链路层。1.3.2 按工作方式来分可以分为工作在物理层的光纤收发器和工作在数据链路层的光纤收发器。按结构来分，可以分为桌面式（独立式）光纤收发器和机架式光纤收发器。桌面式光纤收发器适合于单个用户使用；机架式光纤收发器适用于多用户的汇聚。1.3.3 按光纤来分可分成为多模光纤收发器和单模光纤收发器。由于使用的光纤不同，收发器所能传输的距离也不一样，多模收发器一般的传输距离在2公里到5公里之间，而单模收发器覆盖的范围可以从20公里至120公里。1.3.4 按光纤数量来分可以分为单纤光纤收发器和双纤光纤收发器。单纤设备可以节省一半的光纤，即在一根光纤上实现数据的接收和发送，这类产品采用了波分复用的技术，使用的波长多为1310nm和1550nm。但单纤收发器产品没有统一国际标准，不同厂商产品在互联互通时可能会存在不兼容的情况。1.3.5 按电源来分可以分为内置电源和外置电源两种。其中内置开关电源为电信级电源，而外置变压器电源多使用在民用设备上。前者的优势在于能支持超宽的电源电压，更好地实现稳压、滤波和设备电源保护，减少机械式接触造成的外置故障点；后者的优势在于设备体积小巧和价格便宜。 1.3.6 按网管来分可以分为网管型和非网管型，而网管的还可以细分为局端网管和用户端网管。局端网管的光纤收发器主要是机架式产品，多采用主从式的管理结构。用户端网管主要可以分为三种方式：第一种是在局端和客户端设备之间运行特定的协议，协议负责向局端发送客户端的状态信息；第二种是局端的光纤收发器可以检测光功率；第三种是在用户端的光纤收发器上加装主控cpu。1.4 光纤收发器的发展趋势首先，目前的光纤收发器产品还不够智能。 其次，光纤收发器本身应能更好地适应实际的网络环境。在实际工程中，光纤收发器的使用场所多为楼道内或室外，供电情况十分复杂，这就需要各个厂商的设备最好能支持超宽的电源电压，以适应不稳定的供电状况。 光纤收发器在数据传输上打破了以太网电缆的百米局限性，依靠高性能的交换芯片和大容量的缓存，在真正实现无阻塞传输交换性能的同时，还提供了平衡流量、隔离冲突和检测差错等功能，保证数据传输时的高安全性和稳定性。因此在很长一段时间内光纤收发器产品仍将是实际网络组建中不可缺少的一部分，相信今后的光纤收发器会朝着高智能、高稳定性、可网管、低成本的方向继续发展。第二章 光电转换芯片ip1012.1 ip101功能概述ip101是一种单口快速以太网转换器，满足100mbps和10mbps操作，符合ieee 802.3/802.3u标准。ip101支持自动mdi/mdix功能，该功能用于简化网络的安装和降低维护系统的损耗。为了提高系统的性能，ip101提供了一个硬件中断针脚用于指示连接、速度和双工状态的改变。ip101提供了介质无关接口（mii）来连接不同类型的10/100mb介质访问控制（mac），ip101通过使用5类非屏蔽双绞线或光纤线连接到其他的网络设备。pecl接口支持连接外部的100base-fx光纤收发器。其针脚分配如图2-1所示：图2-1 ip101针脚分配图ip101转换器使用了先进的cmos技术，这种技术使得该芯片仅需要3.3v的供电电压，并且在电源自动节省模式下的消耗特别低。ip101可以用作网络接口适配器，该适配器带有用于双绞线连接的rj-45接口或者用于光纤连接的mau，它也可以非常容易地连接到集线器、交换机、路由器和网络桥接器。2.2 ip101特征及功能描述2.2.1 ip101特征描述l 10/100mbps的tx/fxl 全双工或半双工l 支持自动的mdi/mdix功能l 完全符合ieee 802.3/802.3u标准l 支持ieee 802.3u的自适应性l 支持mii接口l ieee 802.3 全双工控制规则l 支持自动电源节省模式l 支持基线漂移补偿l 支持中断功能l 支持转发器模式l 3.3v的单电源供给基于2.5v的调整器l 基于dsp的物理转换技术l 发光二极管对于速度的、双方的、连接的行为和碰撞l 通过mdc和mdio支持与其他mac数据通信的流控制l 0.25u和cmos技术l 48针脚的lqfp2.2.2 ip101功能描述ip101 10/100mbps以太网phy转换器把100base-tx、100base-fx和10base-t模块集成到一片芯片中，ip101在物理信号和介质访问控制(mac)之间的作用相当于一个接口。ip101有几项主要功能：1. 物理编码子层（pcs layer）：该功能包括发送、接收和载波感应功能电路。2. 管理接口：介质无关接口（mii）寄存器包括与其他介质访问控制通信的信息。3. 自适应性：通信的条件是在2个phy收发器之间进行，ip101检测自身能力并探测其他端口返回的操作模式，最终两端将为其最优传输模式达成协议。其功能模块电路图参考图2-2：1. 4b/5b编码器：100 base-x转换需要将4位半元组数据转换成5位宽的码字格式。在4b/5b模块中，传输的数据在信息包的起始端被j/k打包在信息包的末端被t/r打包，在传输过程中出现错误时，就会发送h出错码，空闲码就在两个信息包之间进行传送。2. 4b/5b解码器：该解码器从接收的码组端执行5b到4b的解码工作，即把5位（5b）数据解成4位的半元组数据。被解后的4位数据就通过mii接口传到转发器、交换机或者mac设备。接着ssd被修改成4位的5半元组并且esd和idle代号被4位0半元组代替，被解码的数据传送到相应的mii端口或者共享的mii端口。接收一个无效码组将会导致phy指示mii的rxer信号。3. 扰频器/非扰频器：重复模式存在于4b/5b的编码数据中，这导致的结果是大量的rf频谱尖峰，并且不能保持系统被调整了的代理认可。射频信号中的尖峰被不规则的传输信号严重衰减。扰频器对输出的数据信号增加了一个随即发生器，其结果是有很少的重复数据模式。通过对输出数据增加另外的随即发生器，不规则的数据流就可以在接收端得到描述。接收端的随即发生器与发射端的随即发生器有着相同的功能，扰频器的操作由100base-x和tp_fddi的标准规定。4. 曼彻斯特编码与解码：100 base-tx传输需要将数据译成反向不归零制(nrz)模式，并且需要重新转换成mlt-3信号；而10 base-t将在译成反向不归零制模式后转换成曼彻斯特编码，这样会有利于移除双绞线产生的高频噪音。在接收端，译码从曼彻斯特编码译成不归零制模式。5. 时钟恢复：通过在连续的数据流中产生时钟信息的方法，接收端电路从输入数据流中重新获得数据。时钟恢复模块从被接受的标准中抽象出来rxclk。6. dsp engine：这个模块包括适应均衡器和基线漂移纠错功能。 图2-2 功能模块图2.4 传输描述2.4.1 10mbps的传输路径发送数据-平行到连续-曼彻斯特编码-d/a和总线驱动-txo在mac通过4位半位元组将数据传到phy后，这些数据在相应的连续转换器中得到了序列化。转换器输出已编好的倒转不归零制编码，该编码在曼彻斯特编码器中得到影射。为了适合物理介质，在传输物理介质之前，曼彻斯特编码数据被d/a转换器修整了。2.4.2 10mbps接收rxi-压制-时钟恢复-曼彻斯特/反向不归零制解码-连续到平行-接收数据压制模块根据ac时间和直流电振幅的度量来决定数据是否有效。当可用数据出现在介质中时，压制模块会产生一个信号指示已经接收到数据。接收的数据以曼彻斯特编码的形式存在，解码时被解成反向不归零制的编码，然后这些数据映射到4位半位元组并转换到mac接口。2.4.3 100mbps tx 传输发送数据-4b/5b编码器-扰频器-倒转不归零制编码器-d/a和总线驱动-txo10mbps和100mbps传输的主要区别是：100mbps传输需要从4位宽的半位元组转换到5位宽的数据编码，转换后的数据为了减少4b/5b转换所产生的能量辐射，数据被扰频器影响得很乱，然后数据再一次从mlt-3模式被转换成倒转不归零制模式。mlt-3数据反馈到d/a转换器并因适应物理介质传输而被修整。2.4.4 100mbps tx 接收rxi-数字信号处理-连续到平行-扰频器-4b/5b解码-接收数据被接收的数据首先进入数字信号处理机，该处理机包括适应均衡器和基线漂移纠错机制。当基线漂移监控并纠正均等的过程时，适应均衡器会在传输过程中补偿丢失的信号。如果探测到一个有效数据并且数据经过平行放入连续到平行模块中，该模块将倒转不归零制模式数据转换成不规则数据。2.4.5 100mbps fx 传输发送数据-4b/5b解码-平行到连续-d/a-和总线驱动-txo光纤传输首先将数据解码成5位宽的数据格式，然后数据经过序列化并被转换成适应物理介质传输的形式。2.4.6 100mbps fx 接收rxi-数字信号处理（时钟恢复）-连续到平行-4b/5b解码器-接收数据接收的数据包括周期性的信息，对于光纤接收来说，时钟恢复是把数据从时钟周期中抽取出来的，抽取的数据被平行化成5位宽的数据，这些数据又被转换成半位元组的信息。2.5 ip101接口及模式2.5.1 mii和管理控制接口介质无关接口在ieee 802.3u标准的第22条款中有说明。该接口的主要功能是在phy和mac或转发器之间提供一个通信通路，它可以在10mb或100mb环境中运转，并且对于10mb的数据时钟来说可以以2.5mhz的频率运转，而对于100mb的数据传输以25mhz的频率运转。mii有4位针对发送和接受数据宽的数据通道组成，它的发送针脚包括txd3:0、tx_en和txc；接收针脚有rxd3:0、rxer、rx_dv和rxc；管理控制针脚有mdc和mdio组成。mdc，即管理数据时钟，作为mdio的参考，mdc提供的最大管理数据时钟的频率为10mhz；mdio即数据输入输出管理；crs即载波信号，用于信号数据的传输；col即冲突，用于在数据传输过程中发生冲突的信号。当传输一个信息包时，mac将首先断言tx_en并将信息转换成4位宽的数据，然后将数据传到ip101，ip101会根据tx_clk对数据进行样品抽查，除非tx_en是低电平。而接收一个信息包时，ip101会在当前数据在介质中通过rxd3:0总线将rx_dv设置成高电平。ip101根据rx_clk抽取标准化的数据直到介质返回空闲状态。2.5.2 自适应及有关信息ip101支持ieee 802.3u标准中的第28条款。它能够在10mbps/100mbps或半双工/全双工的模式下操作；为了防止网络中的碰撞，它也支持数据流控制机制。如果另外一端不支持n-way功能的话，ip101会以半双工的模式连接并且进入平行探测。在自适应的开始，ip101通过发送flp波形到另外一端的方式来检测自己的能力，也可以从另一端监听信号。ip101将其自身放入当前的连接，其速率依赖于标准信号。如果nlp信号在另一端得到了答复，ip101就会进入到10mbps，而有活跃的空脉冲时，ip101就会用100mbps来取代它。一旦和其他部分完成通信协议后，ip101就会把自己设定成所需的连接模式，例如，10/100或半双工/全双工模式。如果在1200ms1500ms的时间段内没有检测到连接脉冲的话，ip101会进入连接失败状态并重新启动自适应进程。自适应信息被储存在ip101的mii接口寄存器中，这些寄存器能被修改并监督ip101的n-way状态。mii寄存器中的重新设置自适应功能能够在任何时间重新启动自适应功能。ip101芯片包括流控制功能，如果mac支持流控制的情况的话，那么流控制就会设定寄存器4中的10位而成为可能。针脚37（an_ena）、38（dlpx）和39（spd）都可以通过手设定ip101的传输能力。1. 使针脚37设定成高电平就能使ip101进入到n-way模式；若设定成低电平，ip101就进入强制模式。2. 针脚38用来设定ip101的双工能力，高电平是全双工模式，低电平则是半双工模式。3. 针脚39决定连接的速度，设定成高电平时，ip101的速率是100mbps；在低电平时，其速率是10mbps。2.5.3 自动mdix、led配置及模式1. 既然自动mdix功能是an功能的一部分，只有在an是能动时ip101才支持自动mdix功能。ip101会保持对mdi中输入信号的感应，如果没有检测到输入信号，ip101就会自动转换rx和tx双绞线以试图建立连接。如果在重新设定时使针脚37为0而使an不产生功效的话，自动mdix功能就会自动丢失。然而，若通过设定寄存器0.12=1来使an重新激活的话，自动mdix功能依然失效，在这种情况下，若用户想激活自动mdix功能就要设定寄存器16.11=0，这样就可以解决问题。另外一种情况是，针脚37被设定成1，在其后寄存器0.12被设定成0的话，建议用户将寄存器16.11=1使自动mdix功能失效；或者是对某一类型的连接部分出现了连接问题。2. ip101提供两种led操作模式：表2-1 模式1（默认值）：led功能led0连接状态：活动表明已经建立连接led1双工操作：活动表明是全双工led210bt/act：活动表明已建立10mbps连接，闪烁表明产生发送/接收事件led3100bt/act活动表明已建立100mbps连接，闪烁表明产生发送/接收事件led4冲突探测：活动表明发生冲突 表2-2 模式2（通过接入crs一个4.7k的电阻来设定）led功能led0连接/act：活动表明已建立连接，闪烁表明发生发送/接收事件led1双工/冲突：活动表明全双工，闪烁表明发生冲突led210bt：活动表明已建立10mbps的连接led3100bt：活动表明已建立100mbps的连接led4led针脚也包括物理层的地址信息，默认物理地址在00001b（01h）处设定。物理层的地址可以通过修改led电路来修改，可作如图2-3修改：图2-3 物理层地址结构如果左边的电路与vdd33相连的话，它将物理地址具体化到1；如果电路接地，右边的电路可以把物理地址设定成0。根据电路设定其中的任意一位就允许把物理地址phyad0改为phyad4。3. 低功率模式有4种方法将ip101设定成低功率模式，方法如下：1) 把寄存器0的11位设定成低功率模式：把这位设定成能动，将使电源与ip101、内时钟脱离连接，但mdc和mdio仍然活动。2) 寄存器16第一位的aps模式：把该位设定成高位就可以使物理层进入到能量节省模式，但mdc和mdio仍然活动。3) 模拟脱离寄存器16的0位：把该位设定成能动会使ip101脱离状态，这将使所有类似功能处于该状态，内时钟25mhz操作依然有效，mdc和mdio仍然活动。4) 针脚43（isol）：把该针脚设定成高位就能将ip101与mac隔离，并使管理接口（mdc和mdio）无效。当该针脚活动时，能量的消耗最小。4. 转发器模式要进入转发器模式，可以把针脚40（rptr）设定成高位或把寄存器16的第二位设定成1。如果ip101在该模式下，并且ic正接收信息包，那么crs将会是高位；当ip101用作网络接口卡时，crs就会在发送信息包和接收信息包下产生。5. 中断ip101支持4种类型的中断：速度改变、双工改变、连接改变和判优器的改变。通过寄存器17来选择中断掩码，当有事件发生时，针脚48就发出一个活跃的低中断。2.6 ip101针脚及寄存器0描述2.6.1 ip101针脚描述ip101 的针脚分为几个模块1. 管理接口针脚：针脚25（mdc）：管理数据接口，该针脚提供一个针对管理数据输入输出接口，其时钟频率可达到10mhz针脚26（mdio）：管理数据输入输出接口，该针脚的功能是在物理层和介质访问控制层之间传输管理信息。2 介质无关接口针脚：针脚2（tx_en）：传输使能，该针脚是一个活动的高输入，在高位状态表明在txd3:0中的半位元组是有效的。针脚7（tx_clk）：传输时钟，该针脚在100bt时提供连续的25mhz时钟，在10bt时提供2.5mhz的时钟，该时钟在ip101在mii下操作时为txd3:0和tx_en提供时间参考。针脚3、4、5、6（ txd3:0）：传输数据，tx_en设为高位时，mac将通过这4根数据线把数据传输到物理层，该传输和tx_clk同步。针脚22（rx_dv）：接收数据有效，高位表明数据线rxd3:0中有数据流，低位则是没有数据交换发生。针脚16（rx_clk）：接收时钟：该针脚对100bt提供25mhz的频率或为10bt提供2.5mhz的频率，在mii下rx_dv针脚通过该针作为其参考。针脚18、19、20、21（rxd3:0）：接受数据，这4根数据线从物理层到mac层的数据传输通道，并与rx_clk同步。针脚24（rx_er/fibmod）：接收错误：当接收数据出现错误时该针脚输出高位。光纤模式：该针脚的状态决定传输介质的模式，1：光纤模式，0：非屏蔽双绞线。一个内置的低电阻可以设定非屏蔽双绞线模式的默认模式；而用户通过外接一个5.1k的电阻将该针脚设定成高位并在针脚48增加电阻，就可以进入光纤模式。针脚1（col）：冲突检测，当该针的输出状态是高时表明检测到冲突。针脚23（crs/ledmod）：载波感应，该针脚的输出信号是高位时表明正处于传输或接收状态，低位则线路处于空闲状态。发光二极管模式：在电源启动期间，该针脚的状态决定led的模式。3 电缆传输接口针脚：针脚34、33（mdi_tp、mdi_tn）：传输输出对：不同的配对通过100base-tx、100base-fx和10base-t等模式共享。设定成100base-tx的输出是mlt-3的解码波形。针脚31、30（mdi_rp、mdi_rn）：接收输入对，不同的配对通过100base-tx、100base-fx和10base-t模式共享。4 ic配置优先权针脚：针脚43（isol）：将该针脚设定成高位会把ip101从其他的mac隔离开，这个功能也能把mdc/mdio管理接口隔离。在该针脚处于势能状态时能量消耗最低，它也可以直接连接地或vcc。针脚40（rptr）：将该针设定成高位后ip101就进入重复模式，该针亦可直接连接地或vcc。针脚39（spd）：该针决定电源启动或重新启动状态下的输入，将该针设定成高位可使ip101进行100mbps操作，该针亦可直接连接地或vcc。针脚38（dplx）：该针决定电源启动或重新启动状态下的输入，设定高位进入全双工模式，该针亦可直接连接地或vcc。针脚37（an_ena）：该针决定电源启动或重新启动状态下的输入，将该针设定成高位可以进入自适应模式，低位则是强制模式，该针亦可直接连接地或vcc。针脚41（aps）：该针设定成高位使ip101进入aps模式，该针亦可直接连接地或vcc。针脚44（nc）：该针要保持开5 发光二极管和物理地址配置针脚：这五个针在电源启动时连接到ip101来设定物理地址4:0，用作mii管理寄存器接口。在正常操作初始化后，它们用作发光二极管的指示状态的驱动针脚。极性的高低在电源启动时由每个物理地址的状态决定，如果闭止状态是高它低位有效，如果闭止状态为低它高位有效，ip101提供两种led操作模式。表2-3 两种led操作模式led模式1led模式2led0连接连接/act（闪烁）led1全双工全双工/冲突（闪烁）led210bt/act（闪烁）10btled3100bt/act（闪烁）100btled4冲突保留针脚9（phyad0/led0）：物理地址0 模式1：闪烁时有效模式2：连接时有效，并在传输或接收数据时闪烁针脚10（phyad1/led1）：物理地址1 模式1：全双工操作时有效 模式2：全双工操作时有效，有冲突发生时闪烁针脚12（phyad2/led2）：物理地址2 模式1：10base-t模式连接时有效，传输或接收数据时闪烁 模式2：以10base-t的模式连接时有效针脚13（phyad3/led3）：物理地址3 模式1：100base-tx/fx连接时有效，传输或接收数据时有效 模式2：以100base-tx/fx连接时有效。针脚15（phyad4/led4）：物理地址4 模式1：冲突发生时有效 模式2：保留6 时钟和各类晶体输入输出针脚针脚47（x2）：25mhz晶振输出，连接到晶体提供25mhz的输出，在x1被25mhz的外部振荡器驱动或设定一个低电阻时，该针脚必须置为开。 针脚46（x1）：25mhz晶振输入，连接到晶体提供25mhz的输入。如果使用一个25mhz振荡器，把x1连到振荡器的输出处；该针的输入电压必须不超过2.75v。 针脚42（resest_n）：起用一个低信号就可以重新设定ip101，提供一个完全重新设定功能，在该针脚的上升沿之前，25mhz时钟（x1）必须活动至少10个时钟周期。 针脚48（intr/fib_dis）：中断针，当mii寄存器的17:设成高时，该针用作中断针。 fib_dis，在tp模式下的一些应用，光纤模式在初始化过程中被针脚24选择，尽管tp模式是所需的应用。ip101提供其他选择，如果针脚48在初始化期间被电阻设定成低位的话，尽管在电源启动时针脚24被设定成高也不能使光纤模式有效。针脚27（test_on）：测试使能，将该针设定成高可以启动测试模式，而对于正常操作来说该针不需要被连接。针脚28（iset）：传递偏移寄存器连接，为定义传输dac的电流，该针需要通过一个6.2k欧姆电阻连接到地。7 电源和地针脚针脚32（regout）：调整器电源输出 这是针对ip101数字电路的调整器电源输出。针脚36（avdd33）：3.3v模拟电源输入 这是一个模拟电路的3.3v的供电电源。针脚29、35（agnd）：模拟地，这两个针应连接到底版上的gnd。针脚8（regin）：调整器电源输入，这是个从针脚32出来的调整器电源输入。针脚14（dvdd33）：3.3v数字输入电源。针脚11、17、45（dgnd）：数字地：这三个针脚需要连接到底版的gnd。2.6.2 寄存器描述寄存器0：mii控制寄存器15位：设定 设定后具有两种状态并控制物理寄存器的默认值，该位具有自动清零功能。1表示软件设定，0表示正常操作。14位：循环返回 该位能够将传输数据返回到接收数据路径，ip101在初始化这位后需要512us用来连接，发送或要接受信息包应在512us后起作用。1表示能够循环返回，0表示正常操作。13位：速度选择 该位用来设定传输的速度。1表示100mbps传输，0表示10mbps传输；在100base-fx模式下该位是1时只能读。12位：自适应 该位用来决定自适应功能。1表示自适应，13位和8位将被忽略；0表示自适应失效。11位：该位使能可以关掉物理层芯片的电源和内置晶振器电路，而mdc和mdic依然可以访问mac。1表示关掉电源；0表示正常操作。10位：隔离 1表示把物理层和mii隔离开，不隔离mdc和mdic；0表正常操作。9位：重新启动自适应性 该位允许重新设定n-way自适应功能。1表示重新启动自适应性；0表示正常操作。8位：双工模式 如果自适应无效的话（12位为0），该位用来设定双工模式。1表示全双工；0表示半双工。完成自适应后该位将反映双工状态（1或0）。7位：冲突测试 1表示能进行冲突测试；0表示不能进行冲突测试。第三章 光收发一体模块rtxm15-/143.1 rtxm15-/14的说明光收发一体模块rtxm15-/14用于数据光纤传输系统中，可工作于2mb/s 200mb/s，传输距离可达30公里。光收发一体模块rtxm15-/14中发射及接收模块相互独立。发射模块采用集成ic，由差分数据信号驱动，具有启动慢激光器保护、温度补偿、自动光功率控制功能；接收模块采用气密封装的光接收组件（pintia）及集成放大器，提供差分数据及单路告警输出信号，并具有良好抗干扰能力。光收发一体模块rtxm15-/14采用了多层印刷电路板（pcb）、smt和集成化的结构，具有良好的可靠性及一致性。光收发一体模块原理框图如图3-1：图3-1 光收发一体模块原理图3.2 性能及技术指标（t=25）3.2.1 性能l 适用于155mb/s以下各种速率光纤接入网，atm，sonet/oc-3，sdh/stm-1，pdh等各种应用l 双sc插拔式或fc尾纤型光接口，单模光纤光收发合一l 单5v供电l 1310nm或1550nm工作波长l 标准19管脚配置，与hp等同类产品兼容l 工作温度范围-20至+70l 塑料封装或金属管壳封装3.2.2 技术指标（t=25）表3-1rtxm15/14技术指标参 数条 件范 围工作波长（nm）1310 / 155012601360 / 15201570电源电压（v）vcctyp 5信号电平（v）pecltyp 0.8输出谱宽（nm）rms 10灵敏度(dbm)155mb/s 短距/长距typ 38，max -3684mb/s以下 短距/长距 -40 最小过载点（dbm）typ -3告警点（db）光减小 / 光增加-4 / -1工作温度（）-20+70存储温度（）-40+85引线焊接温度（）260引线焊接时间（s）103.3 引线功能表表3-2rtxm15/14引线功能表管脚管脚名称电 平说 明1vee接收部分负电源，一般接地。2rdpecl接收部分数据输出。3rdnpecl接收部分反向数据输出。4sdpecl接收部分无光告警。正常为高电平，无光为低电平。5vcc接收部分正电源，一般为+5v。6vcc发射部分正电源，一般为+5v。7tdnpecl发射部分反向数据输入。8tdpecl发射部分数据输入。9vee发射部分负电源，一般接地。3.4 推荐接口电路 第四章 系统设计4.1 自适应10/100m光纤收发器的设计思路本文介绍的光纤收发器系统结构如图4-1所示,它由光电介质转换芯片ip101、光收发一体化模块、电接口模块、rj45和电源这几部分组成。其中,光电介质转换芯片ip101为光纤收发器系统的主芯片,它完成10/100base-t的双绞线介质到10/100base-fl光纤介质的转换; 电接口模块除了将rj45送来的电信号耦合至ip101外,还包括一个低通滤波器,用来实现低通滤波功能；光收发一体化模块是与光纤介质的接口模块;由于ip101需要数字电源和模拟电源,所以,在电源部分专门分出了数字电源和模拟电源两部分。图4-1 系统框图 4.2 ip101所需外围电路1. 晶振电路该电路如图4-2所示，其为ip101提供25mhz频率的脉冲，分别和ip101中的x1和x2针脚相连。其中x1是晶振输入端，x2是晶振输出端。 图4-2 晶振电路2. 重启电路该电路如图4-3所示，两个端口分别接一个vdd33电源和ip101的针脚42，用来重启ip101。 图4-3 ip101重启电路3. 数字地针脚11、17、45和模拟地针脚29、35都必须接到底版上的gnd；针脚24用来设定光纤模式，需外接一个vdd33电源和一个5.1k的电阻连接该针脚；而针脚28用来传递偏移寄存器连接，该针需要通过一个6.2k欧姆电阻连接到地。4. 将发光二极管设定为模式2，外接一个vdd33电源和一个5.1k的电阻连接到针脚23，其电路如图4所示，设定后的led特性如表4-1图4-4 设定led为模式2表4-1设定后的led特性led功能led0连接/act：活动表明已建立连接，闪烁表明发生发送/接收事件led1双工/冲突：活动表明全双工，闪烁表明发生冲突led210bt：活动表明已建立10mbps的连接led3100bt：活动表明已建立100mbps的连接led4冲突各个led如图4-5所示，各个端口分别对应ip101的针脚9、10、12、13、15。 图4-5 led电路图5. 调整器电源输入输出的连接，分别将端口regout和regin接到ip101的针脚32和针脚8，其电路图如图4-6所示。该电路可以使ip101提供自适应性、全双工、100mbps传输和mii接口等功能。图4-6 调整器电源连接6. 5v电源到3v电源的转换电路图如图4-7所示。该电路中用到lm1117，它是一个低压差电压调节器，可以实现电压的转换。图4-7 电源转换电路7. 数字电源和模拟电源的连接，如图4-8所示图4-8 数字电源和模拟电源任何电路，对电源的要求都不尽相同。模拟电路涉及弱小信号，数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。在既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信号指标变差，克服的办法是分开模拟地和数字地。4.3 ip101与光收发一体模块rtxm15-/14的连接 如图4-9所示图4-9 ip101与光收发模块的连接该电路的端口连接一个电源vcc5v、调整电压输出（regout）、ip101的针脚31、30和33、34（其中31、30是接收输入对，33、34是传输输出对）。该电路用来实现光电信号转换。4.4 所用ip101针脚及寄存器的设置0. 针脚2（tx_en）设定为高位，实现数据传输控制；1. 针脚24（rx_er/fibmod）外接一个5.1k的电阻并设定为高位，实现光纤模式；2. 针脚37（an_ena）设定为高位，实现自适应功能；3. 针脚38（dplx）设定为高位，实现全双工模式；4. 针脚39（spd）设定为高位，实现10/100mbps转换；5. 寄存器0的第15位设定为0，正常模式运行；6. 寄存器0的第14位设定为1，实现循环返回；7. 寄存器0的第12位设定为1，实现自适应功能；8. 寄存器0的第8位设定为1，实现在自适应功能失效时的全双工模式。4.5 10/100m光纤收发器的系统设计 在研究的自适应10/100m光纤收发器系统中,以ip101芯片为光电介质转换的主芯片,电接口模块采用芯片sf1301,其硬件原理图如图4-10所示。其中,sf1301负责将电信号耦合到ip101,并进行相应低通滤波处理。rtxm15-14为光收发一体化模块,它将从ip101输出的电流信号转化成光信号。整个电路的工作流程大致如下:光信号通过光送入rtxm15-14,由rtxm15-14将光信号转换成差分的电流信号,电流信号采用交流耦合,送入ip101,在ip101中进行一系列处理后,再经sf1301进行相应低通滤波,最后接入rj45,完成光信号到电信号的转换过程。rtxm15-14和主芯片ip101之间差分信号的传送,采用交流耦合,即通过电容c7、c8（见本章 图4-9）连接,这样就可以隔离两边的直流电平,使得rtxm15-14和主芯片ip101可采用不同的直