CN1118159C - 用于计算机以太网通信的100Mbps光纤收发器 - Google Patents
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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
(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RX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RX经电阻组后接第一块执行芯片U1的光纤编码信号输入端TX,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LEDs,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LEDs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(RX)经电阻组后接第二块执行芯片(U2)的光纤编码信号接收端(RX),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(RX)经电阻组后接第一块执行芯片(U1)的光纤编码信号输入端(TX),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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- 1999-09-16 CN CN99119122A patent/CN1118159C/zh not_active Expired - Fee Related
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