MOCAEOC局端电路原理解析

1、MOCA EOC局端设备电路原理解析一、MOCA局端设备的电路结构MOCA局端设备的电路由三大模块组成：主处理器模块。使用主处理器 IXP420的UART、以太MAC、PCI总线。UART用于实 现设备的本地命令行界面（CLI ）的硬件。以太 MAC用作上联口。 PCI接口用于连接 铜缆MAC芯片，铜缆 MAC芯片逻辑上虚拟成一个以太网接口。主处理器运行网桥协 议实现以太口和铜缆口二层报文的交换，并完成系统控制、环路检测等众多的软件功能。铜缆MAC模块。铜缆 MAC芯片用于完成以太报文到 MOCA协议报文的封包和解包。 在发送信号时负责将数据信号调制到基带信号，并完成数据流到OFDM子载波的分

2、片映射。在接收时完成对信号的频谱分析和量化，并拼接成完整的数据包。铜缆MAC模块还需要跟踪 OFDM信号中的信标，完成对PHY模块的AGC （自动增益控制）。另外， 还需对各子载波的误码率进行跟踪，协商和终端和局端之间OFDM子载波上的QAM调制密度。铜缆PHY模块。铜缆PHY模块是MOCA EOC局端设备的模块前端接口，接口工作于 半双工模式。在信号发送时完成基带信号上变频到MOCA协议规定的频段，在信号接收时完成高频信号下变频成基带信号。铜缆PHY接口在铜缆 MAC芯片的控制下，实现半双工的收发切换以及使用内部的VGA （可变增益放大器）对 AGC进行控制。整机各模块间的关系如下图所示：二

3、、主处理器电路图解析1、主处理器模块框图主处理器模块由三个子模块组成：以太PHY模块。IXP420或PPC405EP处理器内部带有以太 MAC设备的控制器，使用 MII （以太网的媒体独立接口）与以太网的物理层芯片连接。用于将以太报文收发到运 营商网络。存贮器模块。存贮模块中包括两大部分，一部分是非易失性存贮器（NVM），一部分是易失性存贮器（RAM ）。对于IXP420和PPC405EP处理器，非易失性存贮器接口采用的 是并行的局部并行总线（Local bus）与非易失性存贮芯片相连，我公司使用的是最为常 见的NOR FLASH芯片。此接口不仅可以用作连接NVM，也可以用于连接一些使用此总线

4、工作的外部设备（如异步RAM，寄存器组等）。IXP420和PPC405EP处理器的主RAM接口使用的是 SDRAM，用于运行程序和存贮程序运行中的中间数据。主处理器。我公司的主处理器有两种，一种是INTEL公司的IXP420,另外一种是AMCC （前IBM的半导体部门）公司的PPC405EP。这两种处理器都是较为常见的通用通讯处理器，IXP420 基于 ARM 核，PPC405EP 基于 Power PC 核。主处理器模块各个子模块间的关系如下图所示：IXP 420 或以太MAC控制器Local Bus控制器PPC405EPSDRAM控制器Mil 接口Local BusSDRAM 接口 以太P

5、HYNOR FLASHSDRAM2、以太PHY模块原理图。3、存贮器模块原理图。的CS0管脚。在IXP420CS0 是 Local Bus此处需要注意的是，NVM芯片28F640J3C的片选线是接在IXP420 处理器上电后，Local Bus控制器默认是被映射到启动向量开始的一段地址。控制器内部译码器的输出脚，从处理器内总线上启动向量开始的一段地址会使得此信号有 效。不管是什么样的嵌入式处理器，只要使用并行 NVM进行启动，都有在这样的一个管脚。在设计系统时，需要特别注意。三、铜缆MAC模块原理图。在MOCA EOC局端设备中，铜缆同轴电缆传输系统的特点，MOCA采用了 OFDM （正交频分

6、复用）MAC芯片负责对同轴电缆介质访问进行控制。为了适应 的MAC层芯片具有以下主要特点：调制技术形成基带信号。OFDM技术是广泛地应用于无线通讯的一种调制技术，其工作原理是在工作频带内采用多个子载波来表示数据。128QAM。MACMOCA的MAC芯片采用了 256个子载波，每个子载波最大可以支持芯片将接收到的以太报文进行分块，每个块的大小不超过7位，根据数据值对子载波的幅度进行调制。每个子载波最大就可以代表7位的数据。和传统的幅度调制（ AM ）相比，这种做法的优点在于：由于每个子载波上面的码率较采用AM方式的相比要低得多，因此可以抵抗无线通讯中最为常见的微波多径干扰，原理如下图所示：I幅度

7、打间收端存在多径干扰的幅度调制波05?1 ：波形的模糊使得在上例中，在接收端收到的波形是主波形和经过其它路径的波形的矢量和。量化不精确形成误码。如果将包络的速率降低则可以极大的改善多径干扰，如下图所示:幅度时间收端存在多径干扰的幅度调制波OFDM调制正是利用了这一原理。OFDM调制是将工作频带分成多个子载波，每个子载波上调制信号速率较 AM方式的低了很多，因此能在不降低信道利用率的情况下有效地对抗 微波多径对信号带来的干扰。OFDM调制方式的频谱：OFDM方式由于米用了大量的子载波，MOCA米用的是256子载波，Home plug AV米用的是1024个子载波。一般的方法是，先算好每个子载波的

8、幅度值，然后采用IFFT （快速付利叶反变换）将其变换成时域波形后进行发送。在收端，使用FFT （快速付得叶变换）进行频谱分析，得到每个子载波的值，然后再将其拼装成码流。采用TDMA/TDD （时分复用/时分双工）方式交换局端和终端之间的数据。MOCA协议采用的是时分方式对终端和局端设备的上下行数据流进行调度。这种方式的好处是：所有的节点（终端和局端的集合）收发数据都是在局端设备的协调下进行的，没有象CSMA/CD （载波侦听多路访问）方式那样的冲突发生。因此具有带重负荷能力强、丢 包率低的优点。AGC（自动增益控制）。由于MOCA协议采用的是幅度调制方式，因此必须保证收端（包括局端和终端）收

9、到的信号幅度与线路长度无关才能进行正确量化，因此必须使用自动 增益控制电路。一种可以实现的（估计MOCA也是这样实现的）自动增益控制电路估计使用的方法是：使用一个专门的子载波发送最大幅值的信号（在MOCA协议中此值为128），收端采用FFT算出此载波的幅值，并对此幅值进行大时间常数的时域积分，然后用此值与本地的电压基准进行比较，可以得出线路在一段时间内的平均链路衰减。 根据此值输出误差信号去控制 PHY芯片中的VGA （可变增益放大器）电路，将收到的 信号幅度调整到能正确量化的电平。FEC （前向纠错）信道编码。采用 OFDM调制后，虽然可以提高传输信号的速率和降低 误码率。但由于无线信道和同

10、轴电缆信道上可能存在各式各样的突发干扰，因此需要对 数据信号进行信道编码进行纠错。信道自适应技术。根据FEC电路检出的每个子载波的误码率，并对此误码率进行大时间QAM调常数的时域积分，可以得出在一段时间内此子载波上的平均误码率。这一值就对应了此 信道的C/N值（载噪比），MOCA协议可以根据噪声的大小自动调整此信道的 制密度，以抵抗单点干扰。铜缆MAC模块与外部模块的关系如下：铜缆MAC模块原理图如下:SDRAM 接口主处理器1111川川川川I川卿川II四、铜缆PHY模块原理图。在MOCA EOC局端设备中，铜缆 层芯片内部主要具有以下功能模拟: 上变频器。采用双差分模拟乘法器, 频载波信号上。下变频器。采用双差分模拟乘法器,PHY芯片负责将基带信号进行频谱变换。MOCA的PHY用于将 MAC芯片AFE接口输出的基带信号调制到高用于将高频信号解调成基带模拟信号。送给MAC芯片的AFE （模拟前端接口）模块进行量化。平方环相干载波恢复电路。要采用乘法器进行解调