测试系统光互连接口模块研究

论文摘要

现代测试系统中,以光纤为基础的光互连总线因具有极高时间空间带宽积、高速、高密度、无干扰和传输功耗极低等特点,正在逐渐取代传统的电互连总线。然而,后端测试仪器还不能完全实现全光信号的有效处理,所以需要对高速多规格光总线信号进行光/电(O/E)转换之后,以电信号的方式进行信号测试与处理,再将各种电信号进行相关规定的电/光(E/O)转换后,以光信号的方式在光互连总线中传输。所以,光接口模块的研究成为了整个光互连总线技术发展过程中的一个关键。本文在深入研究高速光互连总线信号多规格理论和信号完整性相关理论的基础上,以基于高性能数字信号处理FPGA为测试系统核心,设计了一款高速信号测控系统的光互连总线接口模块。本文主要有以下创新性工作:1、完成了高速光互连总线接口模块的方案设计,实现了低误码收发速率为9.953Gb/s至12.5Gb/s的多规格光信号,并将光信号转换为电信号用于后端设备进行测量和处理,同时可以将处理后的电信号转换为光信号在光纤中传输,从而实现多规格高速率光信号收发功能的接口模块。2、以光接口模块的方案设计为基础,完成了光互连总线接口模块的硬件实现。以信号完整性理论为基础,对关键10Gb/s高速串行信号进行了布线前仿真,在分析仿真眼图之后,对PCB进行了改进,布线后的眼图仿真结果证明,经过接口模块光电转换后的高速关键信号质量完全满足后端测试仪器要求。3、利用FPGA的强大逻辑信号处理能力,设计了一款经济适用的高速信号测试系统,结合TX300E SDH/OTN光网络测试仪,完成了对所设计的高速多规格光信号接口模块的性能测试,测试结果表明,经过模块收发后的信号质量完全满足测试系统光互连总线传输要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本文组织结构安排
• 第二章 多规格光互连总线信号的理论研究
• 2.1 光互连总线信号的码型及特点
• 2.1.1 非归零码（NRZ）
• 2.1.2 归零码（RZ）
• 2.1.3 载波抑制归零码（CS-RZ）
• 2.2 光互连总线中传输信号FEC
• 2.2.1 高速光互连总线FEC
• 2.2.2 Super-FEC 的编码方式和特点
• 2.3 本章小结
• 第三章 光互连接口模块的物理层实现
• 3.1 光互连接口模块物理层整体方案设计
• 3.1.1 光互连接口模块的发送方案
• 3.1.2 光互连接口模块的接收方案
• 3.2 光互连接口模块物理层电路设计
• 3.2.1 XFP 子模块
• 3.2.2 时钟子模块
• 3.2.3 电源子模块
• 3.2.4 MUX/DMUX 功能子模块
• 3.3 本章小结
• 第四章 光互连接口模块实现的信号完整性分析
• 4.1 影响完整性的主要因素
• 4.1.1 传输线方程和特性阻抗
• 4.1.2 传输线的主要类型
• 4.1.3 差分信号的布线
• 4.1.4 PCB 叠层
• 4.1.5 电源完整性对SI 影响
• 4.2 IBIS 模型简介
• 4.3 基于IBIS 模型的关键信号完整性仿真
• 4.3.1 10Gb/s 关键信号布线前仿真
• 4.3.2 10Gb/s 关键信号布线后仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 光互连接口模块的测试及分析
• 5.1 测试系统介绍
• 5.1.1 基于FPGA 的测试系统可行性评估
• 5.1.2 测试系统接收模块
• 5.1.3 测试系统发送模块
• 5.1.4 帧同步模块
• 5.1.5 加扰和解扰模块
• 5.1.6 伪随机信号生成模块
• 5.1.7 误码率测试模块
• 5.2 光互连接口模块的测试方案
• 5.3 光互连接口模块的测试结果及分析
• 5.3.1 标准STM-64 光信号测试结果及分析
• 5.3.2 加FEC 冗余光信号测试结果及分析
• 5.3.3 加Super—FEC 冗余光信号测试结果及分析
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果