CN1118159C - 用于计算机以太网通信的100Mbps光纤收发器 - Google Patents

Abstract

涉及一种用于计算机以太网通信的100Mbps光纤收发器，采用CSMA/CD方式，执行IEEE802.3u标准，设两块执行芯片U₁、U₂，光信号经光纤接口接光纤信号收发模块，收发模块的电转换输出经第一块执行芯片U₁的解码—电阻组—第二块执行芯片U₂的编码后，从双胶线接收端经耦合器接至RJ45接口，RJ45接口的发射端接耦合器，并经第二块执行芯片U₂的解码—电阻组—第一块执行芯片U₁的编码后，接收发模块，并从收发模块的LED再经光纤接口向网络发射光信号。印刷电路板设电源、接地等4层。

Description

用于计算机以太网通信的100Mbps光纤收发器

(1)技术领域

本发明创造涉及一种光纤收发器。

(2)背景技术

以太网(Ethernet)是广泛使用在几公里范围内的局域网(LAN)技术。1996年统计全球范围内其结点已超过4000万个。它具有升级容易、可靠性高、成本较低、网络软件丰富、系统功能强、安装连接简单和使用维护方便等优点。随着程序和数据存储量的增大，对资源要求越来越高，从网络到PC机上的吞吐量也越来越多，10Mbps以太网已不能满足当今网络的需要。1995年100Mbps快速以太网的出现不但使传输速率提高了10倍，而且提供了能够支持10Mbps和100Mbps操作继续自动转换的很多网络接口，使以太网升级为快速以太网变得很容易。快速以太网与以太网一样仍然是以CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路存取)方式工作，执行LEEE802.3u标准，并采用了一个自动协调(Auto-Negotiation)协议。快速以太网有不同的传输物理介质，其中以光纤为传输介质的100BASE-FX具有抗干扰、低损耗、传输距离远的优点，非常适合于相距较远的网站之间光互连。

(3)发明内容

本发明创造的目的旨在提供一种用于计算机快速以太网通信，传输速率为100Mbps的光纤收发器，它可用于主机、服务器、中继器、集线器、终端机之间以及终端机与终端机之间的光互连。

本光纤收发器采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)方式，执行IEEE802.3u标准，并采用10Mbps/100Mbps自动协调(Auto-Negotiation)协议。为此它设有执行IEEE的光纤以太网802.3u标准，并采用CSMA/CD方式工作的两块执行芯片U₁和U₂，另设有光纤信号收发模块、耦合器、主机接口、收发器工作状态显示电路、三态门电路、晶体振荡器、电阻组、接收光信号的光纤接口、稳压电路、四层印刷电路板和外壳。接收光信号的光纤接口与光纤信号收发模块的光信号接收端连接，光纤信号收发模块的光电转换输出端接第一块执行芯片U₁的光纤接收信号端FIBIN、FIBIP，第一块执行芯片U₁的光纤编码信号由输出端R_X经电阻组后接第二块执行芯片U₂的光纤编码信号接收RX端，第二块执行芯片U₂的双绞线接收端TPQN、TPOP接耦合器接收组的初级，而次级接主机接口的接收端口；主机接口的发射端口接耦合器发射组的初级，而次级接第二块执行芯片U₂的双绞线发射端TPIN、TPIP，第二块执行芯片U₂的光纤解码信号输出端R_X经电阻组后接第一块执行芯片U₁的光纤编码信号输入端T_X，第一块执行芯片U₁的光纤发射信号端FIBON、FIBOP，接光纤信号收发模块的发射驱动输入端，光纤信号收发模块的光信号发射端接发射光信号的光纤接口。两块执行芯片U₁、U₂的工作状态输出端分别接收发器工作状态显示电路，晶体振荡器的输出端接三态门电路，三态门电路的输入与输出端分别与两块执行芯片U₁、U₂的时钟端口连接。直流稳压电源外接外电源。

所说的主机接口采用MII接口或RJ-45接口。两块执行芯片U₁、U₂采用型号为LXT970ACQ的集成电路，光纤信号收发模块采用HFBR5103型模块。印刷电路板设计为4层，即在通常的元器件、焊点两层印刷电路板中间设电源层和接地层，在电源层和接地层内每层分为两部分：发射、接收、模拟放大及其相应的接地为一部分，并在印刷电路板上分割形成一个“孤岛”；而数字信号、接口信号二组的+5V部分为另一部分，位于外围。两部分之间通过一个电感相连。

所说的稳压电路采用型号为7805的专用集成电路。

本光纤收发器采用由美国LEVEL ONE公司生产的用于执行IEEE的光纤快速以太网802.3u标准的型号为LXT970ACQ收发器芯片，实现主机MII接口(介质独立接口)和SC或ST光纤接口之间的信号转换。因为目前国内网络设备中备有MII接口很少，而大量使用RJ-45接口，所以为了适应目前国内网络设备的需要我们采用两块LXT970ACQ芯片对接来实现此功能。即通过两块芯片将原与MII接口接线通过电阻彼此相互连接，从收发模块上接收的光信号通过两块芯片进行解码—编码的信号转换，编码后的信号经过耦合器由RJ-45接口送到主机；反之，来自主机的电信号由RJ-45接口经过耦合器进入两块芯片，进行解码—编码的信号转换后从收发模块上的LED经光纤向网络发射光信号。电路简单可靠，又节省元器件，降低成本。整个线路在+5V下工作，通过外接的通用的小型电源将220V交流电压转换为8～9V的直流电压，再经过7805型专用稳压集成电路产生稳定的+5V直流电压提供各部分电路使用，不必进行DC-AC-DC转换，降低了功耗和成本。

在执行IEEE的802.3u标准时和10Mbps以太网一样，采用CSMA/CD方式工作，即带有冲突检测的载波侦听多路存取。LXT970ACQ芯片产生一个空载信号，侦听网络总线上是否有信息在传送，若总线“忙”则推迟发射信息，继续侦听；若侦听网络总线没有信息传送，则立即发送信息并探测总线上是否有冲突产生，若检测到有冲突发生，则立即停止发送信息，并随即发送强化冲突的阻塞信号(JAM)，以使所有站点都能检测到冲突；发送阻塞信号后，需要等待一个随机时间，然后又重复上述的步骤。用LED显示收发器的工作状态。

由于100Mbps的收发速率已经进入高频频段，线路各部分之间和各元器件之间很容易产生信号耦合，引起失真、噪声，甚至发生错误。为了有效地防止高频信号的耦合，本光纤收发器基本上不采用去耦电感元件，而将印刷电路板设计成4层，电源层与地线层又分为两部分，既实现了两部分电源的隔离，又简化了线路，降低了成本，保证了线路有较好的高频性能。

(4)附图说明

图1为本光纤收发器的结构框图。

图2为本光纤收发器的外观图。

图3、4为本光纤收发器的电路原理图。

(5)具体实施方式

如图1～4所示，本光纤收发器由RJ一45接口RJ1、耦合器T、802.3u标准两块执行芯片U₁、U₂、光纤信号收发模块U₆、收发器工作状态显示器LED_s，25MHz晶体振荡器U₈、三态门电路F、电阻组R、稳压电源S与插座J₁、光纤信号接口2、印刷电路板和外壳1组成。接收光信号由光纤信号接口经光纤信号收发模块的光信号接收端，光纤信号收发模块的光电转换输出经第一块执行芯片U₁的解码---电阻组(R₃～R₇)---第二块执行芯片U₂的编码后从U₂的双绞线发射端口TPON、TPOP接耦合器接收组的初级，并由耦合器接收组的次级与主机接口RJ(RJ45)的接收端连接。RJ接口的接收端经耦合器发射组初次级的耦合后接第二块执行芯片U₂的双绞线接收端TPIN、TPIP，经U₂解码的信号接电阻组(R₈～R₁₂)再经第一块执行芯片U₁的编码后，从收发模块上的LED再经光纤接口向网络发射光信号。

执行芯片采用美国LEVEL ONE公司的LXT970ACQ型集成电路U₁、U₂，耦合器T采用型号为T0019S的集成电路，光纤信号组件U₆采用美国HP公司的型号为HFBR5103的集成电路，三态门电路由集成电路U₇(F125型)和高频三极管(LG型)T₁₁、T₁₂等组成，电阻组由R₃～R₇、排阻(472J型)U₃和R₈～R₁₂、排阻(472J型)U₄组成，稳压电路采用5V稳压集成电路U₉(LM7805CT型)，其插座为J₁。工作状态显示器LED_s由发光二极管D₁、D₂、D₄～D₆等组成。电感和阻容元件采用贴片式。其元件参数如下：L₁、L₂：4.7μH；R₁、R₁₄、R₁₅，R₁₉，R₂₂，R₂₃，R₂₄，R₃₆，R₃₇：1K；R₂，R₂₀：2K；R₃～R₁₂，R₁₆：100Ω；R₁₃，R₂₉：22K；R₂₁：10K，R₂₅，R₂₆，R₃₁，R₃₂，R₄₀，R₄₅～R₄₉：82Ω；R₃₄，R₃₅，R₃₈，R₃₉：20K；R₂₇，R₂₈，R₃₀，R₃₃，R₅₀：22Ω；C₁～C₁₄，C₁₇～C₂₁，C₃₂，C₃₆，C₃₈，C₄₅：0.01μF；C₂₂，C₂₃，C₂₆～C₃₀，C₃₄，C₃₅，C₃₇：10μF；C₃₃：33μF。第一个LED(D₅)发红光作为电源指示灯，表明接上电源，D₄发绿光作为光纤连接指示灯，表明收发器与光纤网络链路正常，D₆发黄光作为光纤信号传输指示灯，表明光纤信号接收正常，D₂发黄光作为双绞线信号传输指示灯，表明双绞线信号接收正常，D₁发绿光作为双绞线连接指示灯，表明双绞线联络正常。

本收发器的印刷电路板设计成4层，在通常置放元器件与焊接点的两层中间增设电源层和接地层，可使用整面铜膜，如某个焊点需接到电源或地，则用导孔直接连接到该层印刷板。电源层是为了提供+5V直流电压。

本收发器的传输速率为100Mbps，波长1300nm，光纤种类为多模/单模，光纤接口为ST/SC，光纤参数为62.5/125μm，50/125μm，最大传输距离2Km。

Claims (5)

1、用于计算机以太网通信的100Mbps光纤收发器，采用载波侦听多路访问/冲突检测方式，执行IEEE 802.3u标准，其特征在于有执行IEEE的光纤以太网802.3u标准，并采用载波侦听多路访问/冲突检测方式工作的两块执行芯片(U₁、U₂)、光纤信号收发模块、耦合器、主机接口、收发器工作状态显示电路、三态门电路、晶体振荡器、电阻组、接收光信号的光纤接口、直流稳压电源、四层印刷电路板和外壳；光纤接口与光纤信号收发模块的光信号接收端连接，光纤信号收发模块的光电转换输出端接第一块执行芯片(U₁)的光纤接收信号端(FIBIN、FIBIP)，第一块执行芯片(U₁)的光纤编码信号由输出端(R_X)经电阻组后接第二块执行芯片(U₂)的光纤编码信号接收端(R_X)，第二块执行芯片(U₂)的双绞线接收端(TPON、TPOP)接耦合器接收组的初级，而次级接主机接口的接收端口，主机接口的发射端口接耦合器发射组的初级，而次级接第二块执行芯片(U₂)的双绞线发射端(TPON、TPOP)，第二块执行芯片(U₂)的光纤解码信号输出端(R_X)经电阻组后接第一块执行芯片(U₁)的光纤编码信号输入端(T_X)，第一块执行芯片(U₁)的光纤发射信号端(FIBON、FIBOP)接光纤信号收发模块的发射驱动输入端，光纤信号收发模块的光信号发射端接发射光信号的光纤接口，两块执行芯片(U₁、U₂)的工作状态输出端分别接收发器工作状态显示电路，晶体振荡器的输出端接三态门电路，三态门电路的输入与输出端分别与两块执行芯片(U₁、U₂)的时钟端口连接；直流稳压电源外接外电源。

2、如权利要求1所述的光纤收发器，其特征在于所说的两块执行芯片(U₁、U₂)采用型号为LXT970ACQ的集成电路。

3、如权利要求1所述的光纤收发器，其特征在于光纤信号收发模块采用型号为HFBR5103的模块。

4、如权利要求1所述的光纤收发器，其特征在于印刷电路板设四层，在元器件、焊点两层印刷电路板中间设电源层和接地层，电源层与接地层分割为模拟与数字两大块。

5、如权利要求1所述的光纤收发器，其特征在于直流稳压电源采用型号为7805的专用集成电路。

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