光纤收发器重要元器件的选择

【摘　要】　介绍了光电介质转换芯片、光收发一体模块、RJ45、磁模块等光纤收发器重要元器件的选择依据及技巧。
　　关键词：光电介质转换芯片　光收发一体模块　RJ45　磁模块
　　
1 光电介质转换芯片的选择
    光电介质转换芯片（Optical＆ Electronic Media Converter，简称OEMC）是整个收发器的核心，它直接决定光纤收发器的功能特性、价格、档次及其它元器件的选择，选择OEMC是光纤收发器设计的第一步，也是最重要的一步。
　　OEMC的性能指标主要有：
　　（1）传输速率　目前，市场上的收发器主要有两种传输速率：100Mbps和10／100Mbps自适应。前者只支持100Mbps传输速率，优点是引脚数量少，布线、管理功能以及状态指示灯等较简单，成本低，但其应用不如后者灵活，只能用于两端设备传输速率均为100Mbps环境中，因此常用于骨干网。而后者在前者的基础上，还可以用于存有大量10BASET系统的环境中：既能利用100BASET系统，又能使10BASET系统平滑地过渡到快速以太网环境中，最大限度地保护了用户投资。OEMC实现10／100Mbps的方式一般有两种：一是通过硬件跳线，二是外接可编程芯片改变内部寄存器的设置。　　
　　（2）全双工／半双工性能　通常，骨干网为全双工，而用户端多采用半双工。相应地，收发器分为全双工、半双工及全双工／半双工自适应自动转换三种。全双工收发器常用于骨干网，半双工多用于用户接入网，而第三种既能灵活地用在骨干网中，又可以用于用户接入系统，只需在用户端配置廉价的半双工集线器，组网成本将大大降低。OEMC实现全双工／半双工自适应自动转换的方式一般有两种：一是通过硬件跳线或外接可编程芯片改变内部寄存器的设置，二是OEMC自身可以自动识别介质信号的速率，并实现自适应自动转换。因此，选择后一种OEMC比较理想，既可以简化设计过程，又能适应市场需要，而且便于用户升级。
　　（3）网管功能　网络管理是一种网络可靠性的保证，也是一种提高网络效益的方式，网络管理的运行、管理、维护等功能可以大大增加网路的可用时间，提高网络的利用率、网络性能、服务质量、安全性和经济效益。但研制有网络管理功能的光纤收发器所需的人力、物力远远超过无网管的同类产品，主要表现为：
　　1）硬件投资
　　收发器网管功能的实现有两种方式：一种是在收发器电路板上配置网络管理信息处理器——可编程逻辑芯片来处理网管信息，该芯片利用OEMC上的双向管理指令接口（Managenent Data Input／Output，MDIO）、管理数据同步时钟输入接口（ManagenentData Clock，MDC）及被管理信息输入／输出管脚等接口来获取管理信息，管理信息与网路上的普通数据共用数据通道，如图1（a）所示。第二种方式如图1（b）所示，收发器上没有管理信息处理器，收发器外部的网络管理者通过MII接口获取管理信息。可见，有网管功能的收发器，其元器件种类及数量远远多于无网管收发器，相应地，其布线复杂，开发周期长。
　　　　　　　　　　　　
　　2）软件投资
　　有网管功能收发器的研发工作除了硬件布线外，软件编程也十分重要。网络管理软件的开发是一个较大的项目，包括上层图形化用户接口部分、下层网络设备代理嵌入式系统处理信息部分　，也包括上下层接口及嵌入式系统编程语言与可编程芯片的接口。选用合适的编程软件很必要　，设计者既可选用C、JAVA等传统语言，也可以选用专门的网络管理编程软件。
　　3）调试工作
　　有网管功能收发器的调试工作包括两部分：软件调试和硬件调试。在调试过程中，电路板布线、元器件性能、元器件焊接、PCB板质量、环境条件以及软件编程中的任一因素都会影响收发器的性能。调试人员必须具备综合素质，全面考虑收发器出现故障的各种因素。
　　4）人员的投入
　　普通收发器的设计只需一个硬件工程师便可完成，有网管功能的收发器的设计工作除了需要硬件工程师完成电路板布线外，还需要至少一位软件工程师完成网络管理的编程，而且要求软硬件设计者密切配合。
　　（4）兼容性　光电介质转换OEMC应支持IEEE802、CISCOISL等常用网络通信标准，以保证收发器有良好的兼容性。
　　（5）环境要求
　　1）输入输出电压　光电转换OEMC的工作电压多为5V或3．3V，但收发器上另一个重要的器件——光收发一体模块的工作电压绝大多数为5V。若两者工作电压不一致，则会增加PCB板布线的复杂程度。
　　2）工作温度　在选择OEMC的工作温度时，开发人员须从最不利的条件出发并留有余地，比如夏天最高气温达40多摄氏度，而收发器机箱内部因为各种元器件尤其是OEMC发热，温度比环境还要高10℃～20℃，因此，收发器工作温度的上限指标一般不应低于70℃。
2　光收发一体模块的选择
　　光纤模态分为单模和多模两种，光收发一体模块按所接光纤的模态，可分为单模光收发一体模块和多模光收发一体模块。单模光纤与多模光纤相比衰减率低、传输距离远、容量大，但价格昂贵，常用于长途电信；而多模光纤在短距离传输中的性能价格比要优于单模光纤，故多用于传输距离较近的网路。单模光收发一体模块以激光器为光源，多模模块则多采用发光二极管。同一厂家的产品中，前者的价格往往是后者的几倍。支持两种光纤介质的OEMC，对收发器电路板的布线要求大多只是稍有不同甚至完全相同。
　　光收发一体模块的性能指标主要包括：　
　　（1）工作波长　光的传播有850、1300和1500nm三种波长。有些OEMC对波长有特定要求，因此，设计者在选用光收发一体模块时应保证模块的波长符合OEMC的波长要求。
　　（2）传输速率　应保证光收发一体模块的传输速率不低于收发器的传输速率。
　　（3）接口类型　常见的光纤连接器有ST、FC／PC、D4、SC、Multichannel、adaptors等，SC型的光纤连接器因为操作简单而且无须旋转所以渐渐占有光纤连接器的市场。设计者应根据市场需要来选择器件。
　　（4）管脚配置　建议设计者选用1X9标准管脚配置的光收发一体模块，以便与同类产品兼容。
　　另外，光收发一体模块的环境要求性能指标的选用原则与OEMC相似，不再赘述。
3　RJ45的选择
　　RJ45关系到网路上的其它设备能否通过双绞线与收发器准确有效地交换信息。RJ45结构简单　，但优良的耐用性却不是每个生产厂家都能做到的。RJ45的接触性不好，往往造成光收发器工作不稳定，给调试和检测工作带来很多困难，也会给客户造成损失，影响厂家的效益和信誉。
4　磁模块的选择
　　双绞线中的每对导线以双螺旋形结构相互缠绕。如图2所示，共模电流Icom在两根导线上以相同方向流动，并经过寄生电容Cp到地返回。在这种情况下，电流产生大小相等极性相同的磁场　，它们的输出不能相互抵消，引起射频干扰，严重时有可能会造成电路板瘫痪。因此，设计者必须采取措施予以防范：除了保证布线合理外，选择有效的滤波元件也是重要的一方面。磁模块的共模扼流器部分可以有效地减少共模信号引起的射频干扰。如图3所示：共模电流以相同的方向流过共模扼流圈绕组的每一边，建立大小相等相位相同的相加磁场使共模扼流圈对共模信号呈现高阻抗，通过共模扼流圈的共模电流大大地减弱。磁模块主要的参数有：漏电感、线间电容和回损。一般地，漏电感和线间电容越小性能越好，而回损应当符合ANSIX3．263 TP－PMD规定,如图4所示。
　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　

5　结束语
　　OEMC、光收发一体模块、RJ45、磁模块等重要元器件的选择，关系光收发器研发、调试及生产的整个过程，决定了产品的研制、性能和成本等。可以说，选择合适的元器件不仅可以从每个元器件上获益，而且可从它们的结合中获益。设计者选择元器件必须以提高产品性能，保证产品质量为出发点。

　

　　参考文献

　

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