（电路与系统专业论文）1040+gbps光通信和万千兆以太网时钟处理芯片设计.pdf

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n l - l o - 4 0 g b p s 光通信和万千兆以太网时钟处理芯片设计 摘要 随着光纤通信干线系统向s t m 6 4 o c 1 9 2 级别1 0g b p s 速率的提升、千兆以太网在 公共数据网络中的大规模应用以及万兆以太网标准的正式发布，数字通信业务的蓬勃发 展导致数字通信系统对物理层处理芯片的速度提出了更高的要求，而时钟处理电路正是 制约其速度提升的瓶颈之一。 数字通信物理层时钟处理电路主要包括发送端的时钟产生单元( c g u ) 和接收端的 时钟恢复电路( c r c ) 。锁相环( p l l ) 是当前实现时钟处理电路应用最为广泛的技术。 通过对基于电荷泵锁相环( c p p l l ) 的时钟倍频电路的分析，设计和仿真了1 0g b p s 光纤通信和万千兆以太网时钟产生单元，并实现了一个c m o s 工艺千兆以太网时钟产 生倍频芯片；作为超高速时钟处理芯片中的核心电路，设计并实现了一个c m o s 工艺 3 1 2 5g h z 全集成环形压控振荡器( v c o ) 芯片和一个g a a s 工艺7 2g h z 超高速模 拟锁相环( a p l l ) 芯片。 时钟恢复电路是数字通信物理层处理芯片中最难设计的部分，通过对传统锁相环式 时钟恢复方案及其缺陷的分析，提出了一种有效拓宽a p l l 实际锁定范围和减小稳态相 差的方法，设计了一种改进的高兼容性双环路超高速时钟恢复方案，并采用g a a s 工艺 实现了一个兼容光纤通信s t m 一6 4 o c 1 9 2 和万兆以太网1 0 g b a s e 一刚w 的1 0g h z 全 集成双环路时钟恢复芯片。 测试结果表明，这些时钟处理芯片不但较好的实现了预设的功能，部分指标还超出 了具体协议的要求。 关键词： 光纤通信；千兆以太网( g b e ) ；万兆以太网( 1 0 g b e ) ；互补金属氧化物半导体；砷 化镓赝晶高电子迁移率器件；时钟产生倍频单元( c g u c m u ) ；时钟恢复( c r c ) ；压 控振荡器( v c o ) ；锁相环( p l l ) ；超高速单片集成电路 设计 a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n tp o t e n t i a lo ft h en e t w o r kc 锄o tb es i m p l ye v a l u a t e d f o ro n es i d e ，t h e o p t i c a l 舶e r 仃a 1 1 s m i s s i o nb o n en e 俩o r ki sn o wu p 留a d i n gt ot 1 1 e 10g b p so f 协es t m 一6 4 o c 一19 2s d h s o n e t o na 1 1 0 t h e rs i d e ，t h eg i g a b i te t h e m e t ( g b e ) i sn o wg e t t m gm a s s 印p l i c a t i o ni nt l l ep u b l i cd i g i t a lc o m m u l l i c a t i o nn e 铆o r k ，a 1 1 dt h e10g i g a b i te t h e m e t ( 10 g b e ) s t a n d a r dh a sa l s ob e e nr e l e a s e d 7 n l ee x p l o s i v eg r o 、机ho ft h ed i g i t a lc o m m u l l i c a t i o n ss e r v i c e sh a s 如e l e dt h er e q u i r e m e n t f o rs e m i c o n d u c t o ri m e g r a t e dc i r c u i t st l l a t s u p p o r te v e r - i n c r e a s i n gd a t ar a t e s t h ec l o c k p r o c e s s i n gc i r c u i ti so n eo f t l l ek e yb o t t l e n e c k so ft l l es p e e de l e v a t i o n t h ec l o c kp r o c e s s i n gc i r c u i ti n c l u d e st h ec l o c kg e n e r a t o ru m t ( c g u ) o ft h et r a n s i l l i t t e r a i l d 恤c l o c kr e c o v e rc i r c u i t ( c r c ) o ft h er e c e i v e r p h a s e - l o c k e d l o o p ( p l l ) i sc u 订e n t l yt h e m o s t 谢l d l y 印p l i e dt e c h i l i q u ei 1 1c g u a n dc r c b a s e do nt h ea n a l y s i so fc h a r g e - p u 【n pp l l ( c p p l l ) ，t h ec g uo f1o g b p so p t i c a l 臼加s m i s s i o ns y s t e m ，g b e a n d10g b ea l i ed e s i g n e da n ds i m u l a t e da n dam o n o l i t h i cc l o c k g e n e r a t o r m u l t i p l i e rc h i pf i o rg b et y p e10 0 0 b a s e xh a sb e e nr e a l i z e da n dc h a r a c t e r i z e d a st h ek e yc i r c u i t si nt h ec l o c kp r o c e s s i n gc h i p s ，a3 12 5g h zm l l yi n t e 舒a t e dc m o s r i n gv o l t a g ec o n t r o u e do s c i l l a t o r ( v c 0 ) c 托pa n da7 2g h zc o m p l e t e l yi n t e g r a t e dp l l c h i pa r ea l s ob r o u g h tf o r t h c r ci so n eo fm em o s td i m c u l tp a r t si nm ed e s i g no fp h y s i c a ll a y e rp r o c e s s i n gc i r c u i t s n 们u 曲t h ea 1 1 a l y s i so ft r a d i t i o n a lc r ca n di t ss h o n c o m i n g ，t h i sp a p e ra l s op u t sf o n a r da n e wt e c l l l l i q u et ob r o a d l ys p r e a dt h e1 0 c k - r a l l g ea 1 1 dm i n i s ht 1 1 es t e a d y p h a s e d i f f e r e n c eo f t h ea n a l o gp l l u s i n gt 1 1 en e wt e c h i l i q u e ，an e wt y p eo fl l i g hc o m p a t i b i l i t ) rd u a l - l o o pc r c s t 】r u c t u r ei sg i v e na 1 1 dam l l yi n t e 铲a t e d10g h zd u a l - l o o pc r cc h i pc o m p a t i b l e 、i t h s t m 6 4 o c 19 2s d h s o n e ta i l dl0 g b e1o g b a s e i v wi sr e a j i z e da 1 1 dc h a r a c t e r i z e d t h em e a s u r er e s u l t ss h o wt h a tt h ec h i p s n o to n l ym l f i l lt h eb a s i cf i m c t i o nb u ta l s oh a v eg o o d p e r f o m a n c e k e y w o r d s ： o p t i c a l 仃a n s m i s s i o ns y s t e m ；g i g a b i te t h e r n e t ( g b e ) ； 10 一g i g a b i te t h e r n e t ( 1o g b e ) ； c o m p l e m e n t a r y m e t a l o x i d e s e m i c o n d u c t o r ( c m o s ) ；g a a sp h e m t； c l o c k g e n e r a t o r m u l t i p l i e r( c g u c m u ) ； c l o c k i e c o v e 巧 c i r c u i t ( c r c ) ；p h a s e - 1 0 c k e d l o o p s ( p l l ) ；v o l t a g e c o m r o l l e do s c i l l a t o r ( v c o ) ；h i 曲- s p e e d - m l l y m o n o l i t k c i n t e 铲a t i o n v l 1 0 4 0 g b p s 光通信和万千兆以太网时钟处理芯片设计 1 1 课题背景和研究现状 第一章引言 网络的发展潜力可谓无可限量。一方面，在光通信骨干网建设中，正当s t m 1 6 级别，2 5g b p s 的s d h 光纤通信干线系统的建设在国内普遍兴起的时候，国外的光纤通信干线系统的建设已经开始 了向s t m 一6 4 o c 1 9 2s d h s o n e t 级别的1 0g b p s 速率的提升。而作为可以预见的光纤通信干线系 统的升级，对更高速率的1 0 4 0g b p s 光纤通信干线系统的研究是世界性的前沿课题。 另一方面，在以太网出现的近3 0 年来，它不断演进以满足日益增长的包交换网络的需要，事实 已经证明以太网实现成本低，可靠性好，安装和维护相对简单，因此越来越受到欢迎，现在几乎所 有互联网原端或终端间的通话都用以太联接。千兆以太网正在公共数据网络中得到大规模应用，更 高速率的万兆以太网标准也业已正式发布，万兆以太网技术的出现将给城域网带来革命性的变化。 高速通信系统的发展建立在高速集成电路的设计技术发展之上【l l 。数字通信业务爆炸性的发展 导致数字通信系统对物理层处理芯片的速度提出了更高的要求，要求更多高速度、低功耗和低价位 的物理层处理芯片【l 弓j 。 数字通信物理层时钟处理电路主要包括发送端的时钟产生电路和接收端的时钟恢复电路，是制 约数字通信系统物理层处理芯片速度提升的主要瓶颈之一，也是芯片设计技术中主要的难点所在。 对于适用于1 0gb i 佻的光收发物理层关键电路和适用于千兆以太网物理层的高速处理电路，虽 然目前已经有部分国外厂商可以提供产品，但都是少数国外大公司垄断的技术，目前国内还基本处 于空白。另一方面，随着万兆以太网标准i e e e 8 0 2 3 a e 的正式发布，对适用于万兆以太网的1 0g b i 佻 物理层上下行接口处理集成电路的研究已经在全世界如火如荼的开展起来，但是目前成熟的产品还 不多见。 这上述形式下，开展对高速数字通信系统物理层处理电路中的核心模块一时钟处理电路的研究 具有重要的意义，对民族通信信息产业的振兴和发展有积极的推动作用。 1 2 系统简介 1 2 11 0 _ 4 0g b p s 光纤通信 s t m 6 4 o c 1 9 2s d h s o n e t 光纤通信物理层结构简图如图1 1 所示【3 1 。在接收端，光纤通过一 个光电二极管与跨阻放大器( t r a n s i m p e d a n c ea m p l i f i e 卜t 队) 相连，接收端处理芯片( r e c e i v e rc h i p ) 根据从t i a 接收到的串行数据恢复出9 9 5 3 2 8g h z 的时钟，并利用该时钟对串行数据进行数据判决 ( d a t ad e c i s i o n ) 。接收端处理芯片的另一个功能是利用分接器( d e m u x ) 将判决出的串行数据变 为低速并行数据并送给帧处理器( a s i c ) 进行s d h s o n e t 帧处理或前向纠错解码( f e cd e c o d i n g ) 。 在发送端，经过s d h s o n e t 帧处理或前向纠错编码( f e cc o d i n g ) a s i c 处理后的并行数据和并 行数据的时钟送给物理层发送端处理芯片( t r a i l s m i t c e rc h i p ) 。发送端处理芯片主要包括时钟产生单 元( c g u ) 和复接单元( m u x ) ，时钟产生单元根据外部参考时钟和并行数据的时钟产生高频的 第一章引言 9 9 5 3 2 8g h z 的串行数据时钟和复接器需要的其它频率时钟，复接单元将接收到的并行数据串化为 一路高速串行数据流。 图1 1s t m 6 4 o c 一1 9 2s d h s o n e t 光纤通信物理层结构简图 由上述分析可见，s t m - 6 4 o c 一1 9 2s d h s o n e t 光纤通信物理层的时钟处理模块主要包括发送 端的时钟产生单元( c g u ) 和接收端的时钟恢复单元( c r c ) 。 i s t m 6 4 o c 1 9 2s d i i s o n e t 时钟产生单元 s t m 一6 4 o c 1 9 2s d h s 饼呃t 光纤通信时钟产生单元处于物理层的发送端，它根据外部参考时 钟和数据链路层的并行数据时钟产生复接单元所需要的一系列高频时钟时钟，其功能简图如图1 2 所示。 s t m 6 4 o c 1 9 2s d l i s o n e t 时钟恢复单元 除了数字信号的准确性，电路的简单性，以及数字系统的可兼容性，数字通信系统的另一个显 著的特点是，在中继器和接收机端，数字信号和数据链路可以被多次再生，在再生过程中的噪声和 干扰被去除，因而系统保持很低的误码率。数据再生是数据通信中的一大特点。从电路设计的观点 来看，它是整个系统的核心部分。时钟信号也称为位同步信号或定时信号。任何数字通信设备要能 正常工作，一般都离不开连续而准确的定时信号。 给时钟恢复 单元 一 l o g b p s 串行n r z 数据 - - - - - - 斗 ：r f 飞霉 恢复的i o g h z 时钟信号 给分接单元 - - - - - - 图1 21 0 g h z 光纤通信时钟产生功能简图图1 31 0 g h z 光纤通信时钟恢复功能简图 在数字光纤传输系统中，有两种方法获得定时时钟信号，一是在信道中单独传输时钟信号，二 是从接收的数字信号中提取时钟信号。光纤通信系统通常采用后一种方式，即依靠接收机中的定时 2 - 1 0 - 4 0 g b p s 光通信和万千兆以太网时钟处理芯片设计 提取电路来完成，因为前一种方式所花费的代价太高。 s t m 6 4 o c 1 9 2s d h s o n e t 光纤通信时钟恢复单元处于物理层的接收端，它从接收到的m 屹 数据中恢复出同步的时钟信号，其功能简图如图1 3 所示。光纤通信物理层时钟恢复单元没有对参 考时钟的要求，没有规定当系统不同步或没有伪随机数据输入时时钟恢复电路应该工作的状态。 i i i 数字光纤通信系统的主要性能指标 数字光纤通信系统的主要性能指标是误码特性、抖动特性和可靠性【啦】。 a ) 误码特性 数字光纤通信系统的误码率( b e r ) 应小于1 0 一，这是指系统在规定的较长时期内的平均b e r ， 称为长期平均b e r 。然而，对于一个易受外界环境影响的系统，虽然其长期平均b e r 可能合格， 但在某一段时限内的b e r 仍可能远远超过可以接受的水平。为了能正确反映实际系统的b e r 特性， c c i t t 规定了一些其他的指标：劣化分( d m ) 、严重误码秒( s e s ) 及误码秒( e s ) 。 表1 1c c l l v r 误码特性指标 误码性能 定义 劣化分( d m )1 分钟时间内误码率劣于l 1 0 6 的时间与总评价时间之比 严重误码秒( s e s ) 1 秒钟时间内误码率劣于l l o 。3 的时间与总评价时间之比 误码秒( e s )有误码的秒与总评价时间之比 b 1 抖动特性 抖动是指数字信号脉冲的有效瞬时相对于标准时间位置的偏差，它包括输入信号脉冲在某一平 衡位置附近的变化及提取的时钟信号在中心位置附近的变化。抖动严重时可因接收脉冲移位而造成 误码。抖动的单位为u i ，它表示单位时隙。当信号脉冲为n r z 码时，1 u i 为1 - b i t 占用的时间长度 ( 即l 毵，五为码元速率) 。抖动特性主要包括三项指标： 1 输入抖动容限；指系统允许的输入信号最大抖动范围，它衡量数字设备输入端适应一定数 字信号抖动的能力，显然与光端机的性能有关； 2 无输入抖动时的输出抖动；它衡量系统输出端的信号抖动特性； 3 抖动转移特性；指输入信号的抖动值和输出信号的抖动值之比，它衡量光端机自身对抖动 的传递关系。测出不同频率下的抖动增益即得抖动转移特性。 随着光纤通信由s t m 一1 6 0 c 一4 8 到s t m 一6 4 0 c 一1 9 2 以及更高层次的提升，其数据传输速率也由目 前的2 5g b p s 提高到了1 0g b p s 或更高的1 0 4 0g b p s ，系统对物理层芯片的速度提出了更高的要求， 而时钟处理电路( 时钟产生电路和时钟恢复电路) 正是其速度提升的主要瓶颈，也是芯片设计中最 主要的难点所在。 1 2 2 万兆以太网 万兆以太网( 1 0g i g a b i te t h e r n e t 一1 0 g b e ) 基于i e e e 8 0 2 3 勰规范，它吸收了以太网近3 0 年 发展历史的经验。万兆以太网的标准从1 9 9 9 年3 月份开始由i e e e8 0 2 3 a e 任务组制订，数百家网 络公司致力其中。其协议i e e e 8 0 2 3 经过1 9 9 9 年的组织成型和2 0 0 0 年的草案成型和互操作性测 3 第一章引言 试，于2 0 0 2 年6 月正式宣布【4 5 j 。万兆以太网可以满足新的容量需求，解决低带宽接入、高带宽传 输的瓶颈问题，能扩大应用范围，并涵盖和兼容以前的几类以太网技术。万兆以太网具有统一的标 准，覆盖范围也大大增加。万兆以太网的数据传输速率达1 0g b i 佻，在向下兼容的同时增加了城域 网和广域网( m e t r o p o l i t a na n dw i d ea r e an e t w o r k s - m a n sa n dw a n s ) 的功能，并且支持与 s o n e t s d h 基础架构的无缝连接。各种宽带业务的迅猛发展和以太网技术所具有的明显的性价比 优势使得万兆以太网有着巨大的市场前景和发展潜力1 4 刊。 0 s l r e f e r e n m o de l l a y e r s p 8 0 2 3 a el w e r s h g h e rl a y e f s x 6 m hx 6 m l i 6 4 b 艏6 bp c s l 竺型! 竺夕 让g 取a s 。r 厶州 m d l - m e d 【u md e d e n d e n ti 耐e f f a x g m i | ：1 0g l g a b l tm e d i al n d e p d e n tl m e r 托德 k s = p h y s 妇ic 0 d n gs u b i a y e r m e d u m 弓im e d l u m 1 0 屯转a s tw0 毛8 焱- x *蚺lh p m a = p h v s i ca | m e d l u m 珧a c h m e m p m d = p h y s i c a im e d i u md e p e n d e n t w l s = w a ni n t e 嘲s u b l a y e r 图1 4 万兆以太网体系结构及其与o s i 参考模型的关系 万兆以太网是一种只采用全双工与光纤的以太网技术，它不需要带碰撞检测的载波侦听多址接 入协议( c s m a c d ) ，该协议定义了较慢的、半双工模式以太技术。在其他方面，万兆比特以太网保 留了原始的以太模型，其物理层( p h y ) 和o s i 模型的第一层( 物理层) 一致，它负责建立传输介 质( 如光纤) 和m a c 层的连接，m a c 层相当于o s i 模型的第二层( 数据链路层) 。在网络的结构 模型中，把p h y 进一步划分为物理介质关联层( p m d ) 、物理介质介入子层( p m a ) 和物理代码子 层( p c s ) 。光学转换器属于p 加子层，p m a 子层主要完成时钟处理和数据的并串模式转换等功能， p c s 子层由信息的编码方式( 如6 4 b 6 6 b 、8 b 1 0 b ) 等功能组成。i e e e 8 0 2 3 a e 标准定义了2 种类 型的p h y ，即局域网p h y 和广域网p h y 。广域网p h y 在局域网p h y 功能的基础上增加了一个扩 展特性集，这2 种p h y 的唯一的区别在于广域网的接口子层( w a ni n t e r f a c es u b l a y e r - w i s ) 包含一 个简化的s o n e t s d h 帧，同时，p m d 也有多种类型。万兆以太网体系结构及其与o s i 模型的关 系如图1 4 所示1 6 1 。 如图1 4 所示，在万兆以太网规范i e e e 8 0 2 3 中，针对应用环境，提供了1 0 g b a s e x 、 l o g b a s e r 和1 0 g b a s e w 三种实现万兆以太网物理层的方式【6 】。其中1 0 g b a s e x 瓜主要针对局 域网( l a n ) 应用，1 0 g b a s e w 主要面向广域网( w n ) 的应用。对于1 0 g b a s e x 类型，在发 送时，p m a 子层将由p c s 送来、8 b 1 0 b 编码后速率为每秒3 1 2 5 兆字符( mc h a r a c t e r s s ) 的4 0b i t s 并行数据串化为四路速率为3 1 2 5g b p s 的串行数据，送到p 加子层：在接收时，p m 子层接收p 加 子层送来的四路速率为3 1 2 5g b p s 的串行数据，将其解串为一路速率为每秒3 1 2 5 兆字符的4 0b i t s 4 霉一 隔 霉一 攀蔓詈 1 0 一4 0 g b p s 光通信和万千兆以太网时钟处理芯片设计 并行数据。要完成上述功能，p m a 子层需要在发送端产生频率为3 1 2 5g h z 的时钟信号，并在接收 端恢复出与串行数据同步的3 1 2 5g h z 的时钟信号。 d ( c g u = 暂硼s 删a 。敬g 冒怕糟垂硼啪 p i s 0 = p a 增涵lhs 日缸a ：o m s i p 0 = s e r a ll 门p a r a a 苷! o u t r ) c e r u = c 苷懈a 优kr 暑鼢懈y 懒t s i l = s 钔a h d 删詹l o 僻 q 迤 钆 图1 5 万兆网1 0 g b a s e i 讥物理层时钟处理模块 在l o g b a s e - r 和1 0 g b a s e w 的实现方式中，其物理层的主要差异在p c s 子层，1 0 g b a s e w 的p c s 子层比1 0 g b a s e r 多了一个广域网的接口子层( m s ) ，这样就使得以太网可以在 s o n e t s d h 架构上进行传输。1 0 g b a s e r 和l o g b a s e w 具有相同的p m a 子层，其功能示意框 图如图1 5 所示1 6 | 。 1 0 g b a s e 一w 的p m a 在发送端主要完成以下功能： a ) 时钟产生( t x c g u ) ；为p c s 子层提供传输源时钟； b )并串转换( p i s o ) ；把1 6 - b i t 的并行数据串化为一路串行数据流； c 1把串行数据发送给p m d 子层。 1o g b a s e r w 的p m a 在接收端主要完成一下功能： a )时钟恢复单元( 1 c r u ) ；从p m d 接收的串行数据流中提取时钟信号，并给p c s 子 层的接收端提供接收时钟； b )串并( s i p o ) ；串并转换，把串行数据转换为1 6 - b i t 的并行数据流； c )把并行数据传输给p c s 子层，提供链路状态信息。 i 万兆以太网1 0 g b a s e 剐w 时钟产生单元 时钟产生单元处于p m a 子层的发送端，它根据外部参考时钟产生并串转换单元需要的高频比 特时钟时钟和p c s 子层需要的码组发送时钟，其功能框图如图1 6 所示。与光纤通信不同的是， - 5 第一章引言 在该时钟产生单元必须产生一个适用于p c s 6 4 b 6 6 b 编码后的并行数据的低频时钟。 图1 6 万兆网时钟产生单元功能框图 1 1 万兆以太网l o g b a s e 剐w 时钟恢复单元 时钟恢复单元处于p m a 子层的接收端，它接收p m d 子层串行数据和外部参考时钟，恢复出 与串行数据的频率和相位同步的比特时钟信号和码组时钟信号，并给p c s 子层的接收端提供并行 数据的接收时钟。 符合i e e e 8 0 2 3 a e1 0 g b a s e 刚矿要求的时钟恢复电路模块功能模块简图如图1 7 所示。根据协 议的规定，时钟恢复模块接收到的是速率为1 0 3 1 2 5g b i 眺( 或9 9 5 3 2 8 g b i 讹) 的n r z 串行比特流。 接收状态信号p m ds i 凹a 1 i n d i c a t e 由p m d 产生，用来标识从媒介接口( m d i ) 接收到的信号的状 态。协议l e e e 8 0 2 3 a e1 0 g b a s e r 没有对外部参考时钟信号的频率和特性做具体规定。恢复出的与 串行比特流对应的频率为1 0 3 1 2 5g h z ( 9 9 5 3 2 8g h z ) 的时钟被送给串并转换单元，其与串行比特 流的相位关系应能够满足数据判决的要求。恢复出的频率为6 4 4 5 3 1 2 5m h z ( 6 2 2 0 8m h z ) 的时钟 信号是低压差分( l v d s ) 码组时钟，供p c s 子层的接收端使用。当时钟恢复模块工作在同步状态 时，p m a 子层在该时钟的每个上升沿向p c s 子层发送一次串并转换后的并行数据。用 p m ar xc l k 表示该时钟，用x s b i 表示p m a 子层串并转换后的1 6 - b i t 并行数据，则时 钟和数据的对应关系如图1 8 所剩6 1 。 图1 8p m a 子层输出并行数据与时钟的对应关系 当时钟恢复模块与输入的串行数据同步时，协议要求恢复出的时钟频率抖动为1 0 0p p m ；当 不能够同步输入的串行数据或没有串行数据输入时，协议要求其输出信号的频率仍然能够稳定在一 定的范围，即时钟频率的抖动应该在2 5 0 0p p m 范围内【6 1 0 图1 9 ( a ) 给出了关于时钟和数据输入输出交流( a c ) 信号的有效电平定义，图1 9 ( b ) 给 - 6 图 简 匕匕育功元单 复 恢 x=6-e_一剐薛v 钟 ii时 r esabg07，上图 l o 一4 0 g b p s 光通信和万千兆以太网时钟处理芯片设计 出了差分的时钟和数据信号上升时间( 琅) 和下降时间( 印) 的定义。 模块输出的s y l l c 1 1 r 是一个可选的单端指示信号，它用来标识p m a 有没有从串行比特流中恢 复出时钟，其电气特性应符合e i a 肥s d 8 b 的通用3 v 3 3 v 供电数字集成电路规范；其逻辑高电平 表示p m a 子层存在同步错误，不能从串行比特流中恢复出时钟或者p 旧没有串行比特流给p m a 子层的时钟恢复模块；但是其逻辑低电平并不一定保证时钟恢复模块工作在同步状态。 c l k 8 瞩 d 冈a 2 0 ，0 a k0 f 眺 2 0 2 0 卸 ( a )( b ) 图1 9 ( a ) 输入输出交流信号的有效电平定义( b ) 时钟数据信号上升、下降时间的定义 万兆以太网技术的出现将给城域网带来革命性的变化1 5 】。现在的城域网是基于s d h 的体系结 构。s d h 最初是面向低速、电路交换的话音业务而设计的，虽然其同步机制可保证良好的q o s 性 能，提供5 0m s 的电路保护倒换时间，缺点是s d h 设备价格昂贵，用于数据业务时不够灵活、效率 低下。光以太网基于现在应用非常普遍、技术成熟的以太网技术，并对网管和流量工程等方面的功 能进行了加强，以便应用于现在的电信网络，满足城域网对数据速率和传输链路可靠性的要求。目 前，大约9 5 的局域网是以太网，现在的接入网迫使用户必须购买昂贵的带a t m 或p o s 端口的路 由器来连接电信接入网，协议的转换带来了大量额外的开销。运营商构建光城域以太网，就可以直 接在骨干层提供以太网端口，实现和局域网的无缝连接。 另外，万兆以太网技术将促进现在两大主流通信技术的融合和发展：以太网和光网络。它集中 了以太网和光网络的优点，如以太网应用普遍、价格低廉、组网灵活、管理简单，光网络可靠性高、 容量大等万兆以太网的高速率、大容量消除了存在于局域网和广域网之间的带宽瓶颈，将有可能成 为未来融合话音、数据和视频的主流网络结构，以太网的应用范围必将得以从局域网延伸到城域网 和广域网。 网络的发展潜力可谓无可限量，以太网作为历史最悠久的网络技术之一，将继续向前发展，利 用其出色的性价比、灵活性和互操作性提供新的业经验证的优势。与大多数技术解决方案一样，成 本将始终是决定以太网技术过渡速度的重要因素。而随着时间的推移，数据传输量的增长率也是大 家有目共睹的。面对日益增长的数据流和多媒体服务，大容量、高速率、多功能模块高端网络产品 将接踵面市，而其市场规模也将不断的得到扩大。 1 3 3 千兆以太网 千兆以太网( g i g a b i te t h e m e t g b e ) 是建立在标准以太网和快速以太网基础之上的一种带宽扩 容解决方案。它和标准以太网以及快速以太网技术一样，