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甚短距离光传输VSR4-3.0系统转换器集成电路的设计

作　者: 雷晓荃
导　师: 毛陆虹
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 甚短距离转换器集成电路同步数字序列帧同步现场可编程门阵列
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

甚短距离传输(VSR)是一种用于短距离(约300m～600 m)内进行帧数据光传输的系统,主要应用于交换机、核心路由器(CR)、分插复用器(ADM)和波分复用(WDM)终端等网络中不同层次设备之间的互连,具有构建方便、性能稳定和成本低等优点,是解决局内光互连性价比最好的方案。VSR4-3.0是面向短距离内STM-64/OC-192帧的互联要求提出的并行光接口标准之一,它只需要用1条光缆就能进行双向互连,使用起来更方便,所用器件的体积也更小,具有很好的发展前途。本论文深入分析了VSR4-3.0并行光传输标准,重点研究了该系统的核心部分——转换器集成电路在现场可编程阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)上的设计和实现。采用模块化设计方法,用Verilog硬件描述语言编写了帧定位、帧同步、通道去斜移等模块代码。结合四路通道并行传输STM-64/OC-192帧数据的特点,参考ITU-T的G.783建议中对SDH帧同步性能的要求,对帧同步模块的关键参数做了详细的计算,分析和选择。使用Altera公司的Quartus II5.0 EDA开发工具对所有电路实现了面向FPGA的逻辑综合和优化、布局布线,时序仿真和静态时序分析。针对系统部分模块提出了改进和优化方案:采用单比特容错技术提高帧同步系统的抗误码干扰能力;采用格雷码技术减少帧定位计数器的毛刺;采用流水线方法设计数据选择阵列,提高系统运行速度。本文所有的设计均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上实现,给出了各模块的结构框图和仿真结果。仿真的结果表明,所有的设计均能正确的实现各自的功能,完全能够满足10Gb/s高速并行传输系统的要求。

全文目录

中文摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第一章绪论  7-13
  1.1 引言  7-8
  1.2 甚短距离光传输（VSR）技术  8-12
    1.2.1 VSR系统的定义和标准  8-9
    1.2.2 VSR在网络体系中的位置  9-10
    1.2.3 VSR技术的研究现状  10
    1.2.4 研究VSR4-3.0 标准的必要性  10-12
  1.3 本论文的主要工作  12-13
第二章 FPGA与电子设计自动化技术  13-25
  2.1 FPGA简介  13-15
  2.2 FPGA设计流程  15-18
  2.3 FPGA常用设计思想与技巧  18-20
    2.3.1 乒乓操作  18-19
    2.3.2 串并转换设计思想  19
    2.3.3 流水线操作设计思想  19-20
    2.3.4 数据接口的同步方法  20
  2.4 Altera Stratix GX系列FPGA的介绍  20-23
    2.4.1 器件的结构  21-22
    2.4.2 内嵌的高速串行收发器  22-23
  2.5 QUARTUSII 软件简介  23-25
第三章甚短距离光传输系统  25-34
  3.1 VSR的接口分类  25-27
  3.2 SDH/SONET的简介和帧结构  27-29
  3.3 VSR 4-3.0 标准的功能实现  29-34
    3.3.1 VSR4-3.0 标准简介  29-32
    3.3.2 VSR4-3.0 系统转换器IC设计  32-34
第四章 VSR4-3.0 转换器IC的设计  34-62
  4.1 VSR转换器IC发射部分设计  34-40
    4.1.1 串并转换、16/4 映射模块  35-36
    4.1.2 帧定位模块  36-39
    4.1.3 Transmitter模块  39-40
  4.2 VSR转换器IC接收部分设计  40-55
    4.2.1 VSR4-3.0 帧同步系统模块  40-54
      4.2.1.1 帧同步系统性能  41-49
        4.2.1.1.1 虚漏概率和虚警概率  41-42
        4.2.1.1.2 帧同步搜捕方法  42-43
        4.2.1.1.3 同步保护和搜捕校验  43-44
        4.2.1.1.4 帧同步码最优长度  44-45
        4.2.1.1.5 帧同步系统性能参数  45-47
        4.2.1.1.6 VSR帧同步系统参数选择  47-49
      4.2.1.2 帧同步模块设计  49-54
        4.2.1.2.1 单通道帧同步设计  49-53
        4.2.1.2.2 四通道帧同步设计  53-54
    4.2.2 通道去斜移模块  54-55
    4.2.3 并串转换、4/16 映射模块  55
  4.3 FPGA设计中需要注意的问题  55-62
    4.3.1 建立时间和保持时间  55-56
    4.3.2 数字电路设计中的毛刺  56
    4.3.3 时钟  56-57
    4.3.4 同步系统的工作速度  57-58
    4.3.5 有限状态机的设计  58-60
    4.3.6 可综合设计  60-62
第五章系统模块优化设计方案的研究  62-68
  5.1 采用容错技术的帧同步方案的研究  62-65
  5.2 帧定位计数器的改进  65-66
  5.3 数据调整阵列的优化  66-68
第六章总结  68-70
参考文献  70-72
发表论文和科研情况说明  72-73
致谢  73

甚短距离光传输VSR4-3.0系统转换器集成电路的设计

内容摘要

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