10Gbps光收发器设计与实现

论文摘要

光纤接入在接入网的发展中占有非常重要的地位，各种无源光网络的接入系统已经成为发展光纤到户的关键技术，为了解决这个最后一公里的瓶颈，IEEE提出了传输速率达到10Gbps的10G-EPON标准，这种兼容现行EPON标准的高速低成本接入技术，为光纤到户的发展打入了一针强心剂。本论文在此背景下，研究10G-EPON中的关键模块光收发器，它完成光电和电光的转换，是物理层不可或缺的重要模块。本论文研究的光收发器完全符合XFP-MSA协议标准，在论文中，首先分析了光收发器的工作原理，对光收发器的各个部分的功能和接口进行了详细的接收。然后在对比各芯片厂商的参考设计基础上，提出本课题的设计方案。本论文重点介绍了XFP光收发器的各部分硬件设计。对直接调制激光器的接口电路、BIAS-T电路、时钟和数据恢复电路、接收光功率检测电路、单片机控制电路进行了翔实的分析，提出了设计过程中的难点，给出了解决方案。本论文将信号完整性从始至终都贯穿于高速PCB设计过程中，在理论分析了传输线、反射、串扰、电源完整性的基础上，重点介绍了PCB设计中的传输线阻抗匹配设计、多层电路板的板层设计和电源层地层的分割，这些设计都是保障信号完整性不可或缺的步骤。本论文对XFP光收发器的控制部分软件设计同样进行了详细的介绍，对系统的各部分初始化和主程序循环，以及各个功能子程序都给出了思路分析和流程图介绍。进过测试，本论文设计的符合XFP协议标准的10Gbps光收发器在眼图、输出抖动、信号波形等方面均设计符合要求，实现了一款性能优良的高速光收发器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 课题的研究工作个论文的主要内容
• 2 10Gbps 光收发器的工作原理和设计方案
• 2.1 10Gbps 光收发器的工作原理
• 2.2 10Gbps 光收发器的设计方案分析
• 2.3 本章小结
• 3 10Gbps 光收发器硬件电路分析与设计
• 3.1 发射部分电路分析与设计
• 3.2 时钟与数据恢复电路分析与设计
• 3.3 接收功率检测电路分析与设计
• 3.4 控制部分电路分析与设计
• 3.5 本章小结
• 4 基于信号完整性的高速 PCB 设计
• 4.1 信号完整性的基本原理
• 4.2 阻抗匹配设计
• 4.3 板层设计与电源层和地层分割
• 4.4 本章小结
• 5 10Gbps 光收发器的软件设计
• 5.1 单片机系统初始化
• 5.2 程序主循环控制
• 5.3 本章小结
• 6 10Gbps 光收发器的测试与分析
• 6.1 XFP 光收发器与 XFP 测试主板
• 6.2 测试设备
• 6.3 XFP 光收发器测试结果与分析
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献