DH/SONET專(zhuān)用接口芯片PM5342的基本性能特性及應(yīng)用分析

光同步數(shù)字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy）是新一代的傳輸網(wǎng)體制。它有效地結(jié)合了高速大容易光纖傳輸技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅充分顯現(xiàn)出光纖通信容量大、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而且突現(xiàn)出其復(fù)分接簡(jiǎn)單、管理信息豐富、組網(wǎng)方式靈活等技術(shù)優(yōu)越性，自二十世紀(jì)90年代初出現(xiàn)以來(lái)得到了迅速發(fā)展。

PMC-Sierra公司的PM5342 SPECTRA-155是一款新型的SDH/SONET專(zhuān)用接口芯片，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)STS-1（STM-0/AU3）及STM-1幀中的凈荷提取及定位功能。該芯片具有較高的集成度，將定時(shí)提取模塊、串/并轉(zhuǎn)換模塊、段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊及通道開(kāi)銷(xiāo)處理模塊等集成到一起，功能非常強(qiáng)大。實(shí)踐證明該芯片性能可靠、使用方便，是開(kāi)發(fā)SDH產(chǎn)品的較優(yōu)選擇。

為便于理解PM5342的功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在此以STM-1為例對(duì)SDH的幀結(jié)構(gòu)作一簡(jiǎn)單介紹。SDH采用的是以字節(jié)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)安排如圖1所示。

如圖所示，STM-1的幀結(jié)構(gòu)是9行×270列的塊狀幀結(jié)構(gòu)。其中，RSOH為再生段開(kāi)鎖；SMOH為復(fù)用段中縱向前9列為管理單元指針；POH為通路開(kāi)銷(xiāo)。圖中縱向前9列橫向第1至第3行和長(zhǎng)經(jīng)5至第9行的72個(gè)字節(jié)全部分配給段開(kāi)銷(xiāo)。

本文將介紹PM5342的功能特性及其使用中應(yīng)注意的問(wèn)題，并給出一個(gè)PM5342在SDH凈荷處理系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。

1 SDH/SONET凈荷提取/定位芯片PM5342

1.1 PM5342的主要特性

·用于STS-1（STM-0/AU3）、STM-1/AU3（STS-3）及STM-1/AU4（STS-3c）信號(hào)的凈荷提取/定位，根據(jù)工作模式的不同，分別提代速率為19.44Mb/s、38.44Mb/s或51.84Mb/s的系統(tǒng)端并行數(shù)據(jù)接口。

·終結(jié)STS-1及STM-1幀中的所有段開(kāi)銷(xiāo)以及高階通道開(kāi)銷(xiāo)，根據(jù)工作模式的不同，提供速率為51.84Mb/s或155.52Mb/s的線路端串行數(shù)據(jù)接口；

·SDH每一幀中的全部段開(kāi)銷(xiāo)字節(jié)可通過(guò)一個(gè)串行輸出端口提取/接入，其中的公務(wù)字節(jié)E1、E2，使用者通路F1，數(shù)據(jù)通信通路D1～D3、D4～D12以及自動(dòng)保護(hù)護(hù)倒換通路K1、K2還有各自的串行提取/接入端口；

·提供靈活多樣的開(kāi)銷(xiāo)接入方式，或者由芯片產(chǎn)生，或者插入芯片內(nèi)部寄存器的值，或者通過(guò)引腳接入；

·內(nèi)部集成有定時(shí)提取模塊，可通過(guò)155.52Mb/s的串行接口直接與光收發(fā)模塊連接；

·線路端有STS-1、STM-1/AU3及STM-1/AU4等多種工作模式，通過(guò)訪問(wèn)內(nèi)部寄存器來(lái)設(shè)定；系統(tǒng)端也有字節(jié)Telecombus、半字節(jié)Telecombus及串行Telecombus等多種工作模式，通過(guò)專(zhuān)門(mén)的模式引腳來(lái)設(shè)定；

·把三路串行數(shù)據(jù)流（例如幀中繼或以太網(wǎng)凈荷等）獨(dú)立映射入單路STS-1（STM-0/AU3）或STM-1/AU3凈荷；

·支持線路環(huán)回和測(cè)試環(huán)回的工作模式，以便對(duì)芯片進(jìn)行靈活的配置管理和故障診斷；

·提供一個(gè)通用的八位微處理器接口來(lái)完成5342的初始化配置、工作控制以及狀態(tài)監(jiān)測(cè)；

·采用集成CMOS工藝，+5V供電低功耗器件，輸入兼容PECL和TTL電平，輸出為T(mén)TL電平；

·256腳SBGA（Super Ball Grid Array）封裝。

1.2 PM5342內(nèi)部結(jié)構(gòu)

PM5342的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2，大體上可以為三部分：接收部分、發(fā)送部分及控制部分。接收部分主要包括：時(shí)鐘恢復(fù)模塊CRSI或CDR、接收端再生段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊RSOP（Rz Section O/H Processor）、接收端復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊RLOP（Rx Line O/H Processor）、接收端高階通道開(kāi)銷(xiāo)處理模塊RPOP（Rx Path O/H Processor）以及接收端Telecombus定位校準(zhǔn)模塊RTAL（Rx Telecom Ailgner）等；發(fā)送部分主要包括：發(fā)送端Telecombus定位校準(zhǔn)模塊TTAL（Tx Telecom Alignet）、發(fā)送端高階通道開(kāi)銷(xiāo)處理模塊TPOP（TxPath O/H Processor）、發(fā)送端復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊TLOP（Tx Line O/H Processor）、發(fā)送端再生段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊TSOP（Tx Section O/H Processor）以及時(shí)鐘綜合模塊CSPI（Clock Synthesis）等；控制部分提供一個(gè)可兼容Intel和Motorola總線模式的8位微處理器接口，以便對(duì)內(nèi)容寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。

相應(yīng)的芯片對(duì)外部提供接收通道端口及發(fā)送通道端口。接收通道端口包括：串行155.52Mb/s數(shù)據(jù)接收端口RXD+/-，段開(kāi)銷(xiāo)取出端口RTOH、RSUC、RSOW、RLOW、RSLD、RLD等，高階通道開(kāi)銷(xiāo)取出端口RPOH［3:1］以及凈荷取出端口DD［7:0］；發(fā)送通道端口包括：串行155.52Mb/s數(shù)據(jù)發(fā)送端口TXD+/-，段開(kāi)銷(xiāo)接口入端口TTOH、TSUC、TSOW、TLOW、TSLD、TLD等，高階通道開(kāi)銷(xiāo)接入端口TPOH［3:1］以及凈荷接入端口［7:0］。

1.3 工作時(shí)序

了解PM5342的工作時(shí)序是利用它進(jìn)行正確設(shè)計(jì)的重要前提，現(xiàn)將其較為重要的工作時(shí)序作一簡(jiǎn)單介紹。

1.3.1 段開(kāi)銷(xiāo)的提取與接入時(shí)序

以STM-1/AU4段開(kāi)銷(xiāo)的接入時(shí)序圖為例進(jìn)行介紹。

圖3中TTOH引腳輸入的信號(hào)是5.184Mb/s的串行比特流，由該引腳接入SDH幀中的再生段開(kāi)銷(xiāo)、AUPTR和復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)；由TTOHEN引腳輸入的是段開(kāi)銷(xiāo)接入使能信號(hào)，如果在某一TTOH字節(jié)的最高位輸入時(shí)TTOHEN為高，則將該字節(jié)的值接入發(fā)送通道相應(yīng)SDH幀中的對(duì)應(yīng)位置，否則將在該位置接入芯片默認(rèn)值；TTOHCLK引腳輸出的是5.184MHz的時(shí)鐘信號(hào)，在該時(shí)鐘脈沖的上升沿對(duì)TTOH和TTOHEN輸入信號(hào)進(jìn)行采樣；TTOHFP引腳輸出在TTOHCLK的下降沿刷新，指示幀頭A1字節(jié)，以上四者協(xié)同作用完成段開(kāi)銷(xiāo)的接入。

1.3.2 凈荷的提取/接入時(shí)序

以工作在字節(jié)Telecombus模式下STM-1/AU4凈荷的提取為例進(jìn)行介紹。

圖4中DD［7:0］總線輸出為19.44Mb/s的STM-1凈荷；DPL輸出為凈荷指示信號(hào)，DPL為高時(shí)表示此時(shí)DD［7:0］輸出為凈荷VC4，否則為段開(kāi)銷(xiāo)或AUPTR；DC1J1V1輸出與DPL信號(hào)協(xié)同同作用以標(biāo)志STM識(shí)別符C1以及高階通道蹤跡字節(jié)J1；DCK輸入為19.44MHz的時(shí)鐘信號(hào)，DD［7:0］、DPL和DC1J1V1在DCK的上升沿刷新；DFP輸入為幀頭指示信號(hào)。以上諸信號(hào)協(xié)同作用完成STM-1/AU4凈荷的提取。

1.4 中斷特性

PM5342只有一個(gè)中斷請(qǐng)求引腳INTB，但是它能反映芯片內(nèi)部超過(guò)200個(gè)可屏蔽中斷源的中斷請(qǐng)求。PM5342的中斷管理是一種層次式結(jié)構(gòu)，INTB之下有頂層中斷與底層中斷，它們的狀態(tài)都用相應(yīng)內(nèi)部寄存器中的相應(yīng)位來(lái)反映。INTB之下的各頂層中斷之間、某一頂層中斷屬下的底層中斷之間都是“或”的關(guān)系。

PM5342中斷層次結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，位于中斷層次圖根據(jù)部的是中斷源。通常中斷源的狀態(tài)用相關(guān)的內(nèi)部寄存器中的某一比特位來(lái)反映，稱(chēng)為中斷源狀態(tài)位（“V”比特）。“V”比特實(shí)時(shí)地反映中斷源的狀態(tài)，沒(méi)有相應(yīng)的“V”比特的中斷源會(huì)用其它方式報(bào)告自己的狀態(tài)。每一個(gè)中斷源在其相關(guān)的內(nèi)部寄存器中都有相應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位（“I”比特）。當(dāng)中斷事件發(fā)生時(shí)，“I”比特被置位并鎖定，直到中斷被處理（即該“I”比特所在的內(nèi)部寄存器被CPU讀）后才清零。為了屏蔽無(wú)關(guān)中斷請(qǐng)求，每一個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位都有一相應(yīng)的中斷允許控制比特（“E”比特）。當(dāng)“E”比特被置位時(shí)，相應(yīng)的“I”比特才對(duì)INTB或高層中斷有貢獻(xiàn)；否則，該中斷請(qǐng)求被屏蔽。

現(xiàn)以LOS告警引起的中斷為例來(lái)作一具體說(shuō)明：中斷源LOS在內(nèi)部寄存器中有一相應(yīng)的中斷源狀態(tài)位LOSV實(shí)時(shí)反映該中斷源的狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到LOS告警時(shí)，LOSV置位；當(dāng)LOSV狀態(tài)改變時(shí)，中斷事件發(fā)生，LOSI被置位；如果此時(shí)LOSE已被置位，則LOSI對(duì)其高層中斷RSOPI有貢獻(xiàn)。如果此時(shí)ROSPE也已被置位，則芯片將通過(guò)INTB引腳發(fā)出中斷請(qǐng)求；否則LOSI仍然反映LOSV的改變，但對(duì)INTB卻沒(méi)有貢獻(xiàn)。

許多常用的中斷一般都還有一個(gè)輔助中斷（Auxiliary Interupts），即在另一內(nèi)部寄存器中有第二個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位（“I”比特）以及獨(dú)立于主中斷的中斷允許控制位（“E”比特）。輔助中斷的請(qǐng)求標(biāo)志位直接對(duì)INTB有貢獻(xiàn)，而且它的清除方式也不同于主中斷，對(duì)其所有寄存器的讀操作并不會(huì)把該標(biāo)志位清零，而必須由CPU通過(guò)寫(xiě)操作清零。

2 PM5342使用中應(yīng)注意的關(guān)鍵問(wèn)題

·該芯片內(nèi)部兼有模擬電路和數(shù)字電路兩部分，為了減少兩類(lèi)電路間的干擾以保證芯片正常工作，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)必須把模擬電源/地與數(shù)字電源/地分開(kāi)；

·電源去耦對(duì)于高速電路設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵，尤其是PM5342內(nèi)部有著極為敏感的模擬電路。建議對(duì)每一模擬電源引腳單獨(dú)去耦以避免噪聲在各電源引腳間耦合，在適當(dāng)?shù)那闆r下可以采用簡(jiǎn)化的去耦方案。以下5組模擬電源引腳必須要獨(dú)立去耦；

#1 TAVD2

#2 RAVD2

#3 TAVD1，3，4

#4 RAVD1，3

#5 QAVD1，2，3

·高速信號(hào)線RXD+/-和TXD+/-（155.52Mb/s）應(yīng)當(dāng)作微帶傳輸線來(lái)考慮，并且必須要端接匹配負(fù)載。

3 PM5342在SDH系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例

筆者利用PM5342芯片自行設(shè)計(jì)了相關(guān)電路，實(shí)現(xiàn)STM-1凈荷處理系統(tǒng)的接口功能。其系統(tǒng)框圖如圖6所示（虛線框內(nèi)為筆者自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的部分）。

圖中光收發(fā)模塊采用的是武漢光通信公司的RTXM-155芯片，在接收方向上經(jīng)RTXM-155完成光電變換，送出155.52Mb/s的電信號(hào)，進(jìn)入PM5342的串行數(shù)據(jù)輸入端口RXD+/-。該光收發(fā)模塊還對(duì)光接收信號(hào)的功率進(jìn)行檢測(cè)，低于閾值功率時(shí)送出光發(fā)送失效告警信號(hào)。

經(jīng)光電變換后的STM-1全幀信號(hào)進(jìn)入PM5342的接收通道，經(jīng)過(guò)時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)、串/并轉(zhuǎn)折我、幀定位、BIP-8運(yùn)算及比較、解擾碼、段開(kāi)銷(xiāo)與通道開(kāi)銷(xiāo)處理、指針解釋與調(diào)整以及通道凈荷定位等處理功能后，STM-1凈荷由總線DD［7:0］提取，送入凈荷處理系統(tǒng)。經(jīng)段開(kāi)銷(xiāo)處理模塊時(shí)，STM-1的段開(kāi)銷(xiāo)信號(hào)由PM5342的RTOH引腳提取，送入XILINX公司的FPGA芯片XC2S50，根據(jù)凈荷處理系統(tǒng)的要求，對(duì)TTOH作緩存以實(shí)現(xiàn)部分段開(kāi)銷(xiāo)的透明傳，如D1～D3、E1、E2及F1等字節(jié)。另外，F(xiàn)PGA需對(duì)TTOHEN信號(hào)的時(shí)序特性作適當(dāng)處理，使得在某些段開(kāi)銷(xiāo)（TTOH信號(hào)）字節(jié)的對(duì)應(yīng)位TTOHEN為低，以保證這些字節(jié)的接入值由芯片自身來(lái)產(chǎn)生，而非由TTOH引腳接入，如A1、A2、B1、B2等字節(jié)。處理之后的凈荷由總線AD［7:0］進(jìn)入PM5342的發(fā)送通道，先進(jìn)行凈荷定位，再進(jìn)入開(kāi)銷(xiāo)處理模塊，此時(shí)FPGA送出的段開(kāi)銷(xiāo)經(jīng)PM5342的TTOH腳接入，之后進(jìn)行擾碼處理、作BIP-8運(yùn)算、并/串轉(zhuǎn)換及時(shí)鐘綜合，最終由PM5342的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD+/-輸出至光收發(fā)模塊RTXM-155，經(jīng)電光變換，恢復(fù)為STM-1全幀光信號(hào)繼續(xù)在SDH網(wǎng)上傳輸。

本接口電路中單片機(jī)89C52有雙重作用，一方面作為本接口電路的控制核心，對(duì)PM5342進(jìn)行初始化，通過(guò)檢測(cè)5342的中斷請(qǐng)求引腳INTB來(lái)監(jiān)控5342的工作情況，及時(shí)地對(duì)失光告警、失幀告警及線路告警等異常工作狀態(tài)作出響應(yīng)保證系統(tǒng)的正常工作；另一方面，該單片機(jī)受凈荷處理系統(tǒng)中的主單片機(jī)的控制，通過(guò)串口與之通信，接收主機(jī)查詢(xún)并報(bào)告重大異常，以方便主系統(tǒng)的及時(shí)處理。

以SDH接口芯片PM5342為核心設(shè)計(jì)了STM-1凈荷處理系統(tǒng)的接口電路，實(shí)踐證明其控制靈活，外圍電路簡(jiǎn)單，較好地實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能。

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