基于88E1111完成數(shù)字微波接力系統(tǒng)基帶光纖拉遠的接口設(shè)計方案

基帶光纖拉遠是將數(shù)字微波接力系統(tǒng)的中頻部分從室內(nèi)單元移至室外單元。由于信號拉遠的物理介質(zhì)采用的是光纖，而且傳輸?shù)氖腔鶐?a target="_blank">數(shù)字信號，因此傳輸距離一般可達幾km以上?；鶐Ч饫w拉遠避免了系統(tǒng)的室內(nèi)單元和室外單元之間饋線連接的不便，同時減少了饋線損耗，降低了功率放大器的功率要求，最重要的是天線的位置調(diào)整不再受室內(nèi)單元的制約，可以依據(jù)周邊環(huán)境特點，選擇合適的地點架設(shè)，降低了設(shè)備開通的難度。本文介紹了88E1111的功能和特點，并給出了采用88E1111完成數(shù)字微波接力系統(tǒng)基帶光纖拉遠的接13設(shè)計方案，解決了基帶光纖拉遠接口設(shè)計復雜、難以實現(xiàn)的問題。

1 88E1111簡介

1．1 88E1111的功能特點

88E1111是Marvell公司推出的單片集成高性能千兆以太網(wǎng)物理層芯片，具有如下功能：完整支持IEEE802．3協(xié)議簇；內(nèi)置1．25 G串行解串行器，滿足千兆光傳輸應(yīng)用；支持GMII、TBI、RGMII、RTBI等多種MAC層接口；支持10／100／1000BaseT自適應(yīng)檢測；采用0．13 μm CMOS工藝，支持2．5 V、1．2 V低電壓供電，最大功耗O．75W，且支持自動降功耗功能。

1．2 88E1111的接口

1）GMII接口 88E1111與MAC層之間的數(shù)據(jù)接口見表1。

2）Management接口 由MDC、MDIO 2個信號組成，MDC為時鐘信號，最大速率8．3 MHz；MDIO為數(shù)據(jù)信號，同步于MDC。數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)“0 1”表示操作的開始；緊隨其后是操作碼，“10”表示讀操作，“01”表示寫操作；然后是物理地址、寄存器地址、寄存器數(shù)據(jù)。CPU通過訪問相應(yīng)的物理地址、寄存器地址，對芯片進行控制和監(jiān)測。

3）LED／ConfiguraTIon接口 LED接口由LED_Link10、LED_Link100、LED_Link1000、LED_TX、LED_RX、LED-Duplex、VDDO、 VSS組成。Co-nfiguration接口由Config［6：0］組成。通過將Config［6：0］連接到LED接口的不同信號，可以將芯片配置到相應(yīng)的工作模式。典型的1000Ba-seX、全雙工工作模式配置映射關(guān)系如表2所示。

4）高速串行信號接口 由3對差分信號組成，接口電平為CML，其中S_IN±為串行數(shù)據(jù)輸入、S_OUT±為串行數(shù)據(jù)輸出、SD±為光功率有效輸入。

1．3 88E1111的寄存器

88E1111共有32個控制寄存器，每個寄存器16 bit，地址偏移量為OOH～1FH。功能為復位芯片、設(shè)置速率、雙工模式等，其描述如表3所示。

2 方案設(shè)計

根據(jù)88E1111的功能特點和基帶光纖拉遠的設(shè)計要求，本文提出了用88E1111完成數(shù)字微波接力系統(tǒng)基帶光纖拉遠的接口設(shè)計方案。接口設(shè)計方案框圖如圖1所示，主要由室內(nèi)單元、室外單元2部分組成。發(fā)方向，室內(nèi)單元業(yè)務(wù)碼流輸入FPGA復分解器，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)打包，封裝成符合IEEE802．3標準的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，通過GMII接口發(fā)送到88E1111，由88E1111完成數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換，通過高速串行信號接口將信號發(fā)送到1．25 G光收發(fā)器，完成電光轉(zhuǎn)換后向室外單元發(fā)送1．25 G光信號。室外單元1．25 G光收發(fā)器接收光信號，完成光電轉(zhuǎn)換，通過高速串行信號接口將高速電信號輸入88E1111，由88Ellll完成數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換，通過GMII接口將并行數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA調(diào)制解調(diào)器，完成數(shù)據(jù)解幀、調(diào)制后，通過中頻射頻單元向空中發(fā)送無線射頻信號。收方向為發(fā)方向的逆向流程。

3 硬件設(shè)計

圖2所示是1．25 G光收發(fā)器SSFF315l的電路原理圖，其收發(fā)引腳RD±、TD±分別連接到88E1111的高速串行信號接口S_IN±、S_0UT±信號。圖3所示是88E1111的電路原理圖，其主要引腳連接關(guān)系如下：GMII接口信號（詳見表1連接到FPGA；Management接口信號MDl0、MDC連接到微處理器；Config接口信號按表2映射關(guān)系連接到LED接口；XTALl引腳輸入125 MHz時鐘信號，頻率穩(wěn)定度±50 ppm；RSET為芯片參考電壓輸入引腳，通過5 kΩ精密電阻連接到地；SEL_FREQ為時鐘輸入選擇引腳，接低電平時，選擇125 MHz時鐘輸入。

88E1111完全按照IEEE802.3協(xié)議工作。TX_CLX為發(fā)送時鐘，TX_EN為發(fā)送使能信號，TX_EN有效時，在發(fā)送時鐘TX_CLK的上升沿傳送數(shù)據(jù)，TXD［7：0］至88E1111，完成發(fā)送操作。RX_CLK為接收時鐘，RX_DV是接收數(shù)據(jù)使能信號。RX_DV有效時，在接收時鐘 RX_CLK的上升沿從88E1111接收數(shù)據(jù)RXD［7：0］，完成接收操作。

4 設(shè)計中應(yīng)注意的問題

4．1 電氣接口匹配

88E111l的高速串行信號接口為CML接口，光收發(fā)器的信號接口為LVPECL接口。因此接口之間要增加CML轉(zhuǎn)LVPECL電氣接口匹配電路。采用交流耦合接口匹配電路時，發(fā)送端在IVPECL的2個輸出信號上各加一個到地的偏置電阻，即圖2中R9、R10，電阻值選取范圍142～200Ω。輸入端在LVPECL的2個輸入信號之間跨接一個電阻，即R5，阻值取100 Ω。

4．2 GMII接口設(shè)計

GMII接口數(shù)據(jù)速率達到125 Mb／s，速率較高，為了避免各個信號在PCB板上由于傳播時延不同而造成相位誤差，布線時，TXD［7：0］、CTX_CLK、TX_EN為一組信號，RXD［7：0］、RX_CLK、RX_DV為一組信號，兩組信號必須嚴格等長。

4．3 PCB布線設(shè)計

基帶光纖拉遠接口板上有LVTTL、LVPECL、CML等多種信號。為避免相互干擾，PCB布線時應(yīng)注意，在差分線對內(nèi)，2條線之間的距離應(yīng)盡可能短，以保持接收器的共模抑制能力，在PCB板上，2條差分線之間的距離應(yīng)盡可能保持一致，以避免差分阻抗的不連續(xù)性。

5 結(jié)束語

基于88E1111的基帶光纖拉遠接口設(shè)計方案，在千兆、全雙工運行模式下，接口數(shù)據(jù)傳輸速率可達800 Mb／s；在單模光纖傳輸時，傳輸距離可達20 km，完全達到數(shù)字微波接力系統(tǒng)的設(shè)計要求。本方案已在多個數(shù)字微波接力產(chǎn)品中得到應(yīng)用，具有設(shè)計簡單、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。相比傳統(tǒng)的方案有以下2個創(chuàng)新點：1）傳輸數(shù)據(jù)采用符合IEEE802．3協(xié)議的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，接口標準、可靠；2）采用光纖作為傳輸介質(zhì)，避免了系統(tǒng)的室內(nèi)外單元之間饋線連接的不便，大大降低了系統(tǒng)成本和設(shè)備開通的難度。