千兆以太网介质转换器在LED显示屏传输系统中的应用[2]

　　1000BASE-T物理层的传输介质为4对非屏蔽双绞线，每对双绞线全双工传输速率为250

　　Mbit/s;物理层实现的功能包括：

　　(1)与MAC层接口

　　通过GMII接口，接收来自控制器的8bit，125M 图像数据，或对物理层恢复好的传输数据

　　上传至主控制器。

　　(2)发送端对数据加扰，接收端去扰当发送端的数据呈现某种周期性变化时，信号频率成分单一，容易受到串扰或干扰，例如，源端重复发送数据1010与1100，4对双绞线上的波形信号变化如图3所示，图中信号采用NRZ码，其原理为，遇信号“1”时，电平翻转，遇信号“0”时，电平不变。从图中可以看出左端全“1”的波形频率最高，且频率确定。通过对数据进行加扰，单个时钟周期内将不会传输固定频率信号，信号能量将分布在一定宽度的频率范围内，从而有效地白化了信号频率成分。这种模拟加入信号白噪声的传输方式，使双绞线间产生的串扰信号与传输数据不相关，接收端能够更容易地将数据信号与噪声信号区别开来。

　　(3)PAM5-4D电平转换

　　1000BASE-T将8bit数据分布在4对双绞线上，按PAM5信号进行传输。PAM5即事先在

　　传输线上确定5种电平标准(-2，-1，0，1，2)，每种电平表示2bit数据信息，当以125M 时钟频率传输此电平信号时，数据速率为250Mbit/s。其中，5个电平被分成(-1，1)和(-2，0，2)两组信号元，传输中保证了同一子组最小欧式距离[10]最大化和进入同一状态或离开同一状态的不同子组之间的欧氏距离最大化。第二级编码采用了4维8状态网格前向纠错Trellis[11]编码，在接收端采用Viterbi[12]解码，增加了传输纠错能力。

　　3.3　1000BASE-LX物理层

　　系统光纤传输物理层的构建包括8B/10B编码[12]、并串转换以及信号的电平转换。

　　(1)8B/10B编码是信道编码的一种，是将待传输的8位数据按一定的编码方式转换为10位数据进行传输的过程。8B/10B编码使数据流中连续的“0”或“1”的个数不超过5个，能够有效地避免因接收端时钟漂移引起的数据丢失;实现DC补偿和检错功能;并且能传输特定的控制字符。直流平衡代码的不平衡度是通过码字中“0”的个数减去“1”的个数计算得到的。8B/10B编码通过将8位数据拆分成3位和5位两组，分别对应10位中的4位和6位，编码后两组数据的位数均为偶数，因此两组的不平衡度取值为0、±2。

　　8B/10B编码将编码后每组不平衡度取值非0的码用两个码字表示，使整个编码后的码值不平衡度为0;且前码的后6位与后码的前4位不平衡度之和也为0，从而实现检错与DC平衡。

　　(2)并串转换

　　以光为载体传输电信号，通过单位码元周期内光的亮暗来表示二进制数据0或1。因此在数

　　据进入光模块前需要对其进行串行化操作，以满足光的传输需求。

　　本设计中选择的光纤物理层芯片与MAC层的接口为16位数据总线。FPGA 主控制器通过125Mbit/s时钟向芯片输入16位待传输数据。经过双8B/10B编码器对数据的信道进行编码后，数据位数变为20位。芯片内部将输入的时钟倍频为20倍，并串转换后待传输数据以差分信号的方式串行输出至光模块。总传输速率为：

　　125Mbit/s×20=2.5Gbit/s;

　　由于8B/10B编码效率为80%，因此有效传

　　输速率为：

　　2.5Gbit/s×0.8=2Gbit/s;

　　与1000BASE-T传输速率匹配。

　　(3)物理层芯片输出的差分电平为CML电平，光模块一般接收的电平标准为LVPECL，串

　　行信号进入光模块之前需要进行相应的电平变换。转换过程中需要做到输入输出端的电平匹配、阻抗匹配和耦合方式的匹配。对LVPECL到CML的连接，设计中选取交流耦合方式，在LVPECL的两个输出端加入180Ω 对地偏置电阻，在信号通道上分别串入25 Ω 电阻，使LVPECL信号摆幅在CML接收范围内;对CML到LVPECL的连接，接收端需上拉2.7kΩ电阻，并下拉4.3kΩ 电阻，使CML电平在LVPECL的接收范围内。