基于FPGA的光纤通信系统的设计与实现.pdf

第20卷第8期电子设计工程2012年4月
Vol.20No.8ElectronicDesignEngineeringApr.2012

基于FPGA的光纤通信系统的设计与实现

李欣，管绍军，胡晓天
（哈尔滨理工大学测控技术与仪器黑龙江省高校重点实验室，黑龙江哈尔滨150080）

摘要：光纤通信是现今数据通信系统的主要通信方式，其性能的好坏直接影响数据通信系统的质量。本文采用Ver-
ilog语言实现FPGA光纤通信系统的功能。光纤通信系统又包含位同步时钟提取模块、8B/10B编解码器模块和NRZI
编解器模块；这些模块都利用了DA（DesignAnalyzer）、QuartusII以及Modelsim等EDA工具来完成综合与仿真，从仿
真的结果可以看出该设计方法很好地满足了系统的要求。
关键词：光纤通信；FPGA；位同步时钟；Verilog
中图分类号：TN914.3文献标识码：A文章编号：1674－6236（2012）08-0085-03
DesignandimplementationofopticalfibercommunicationsystembasedonFPGA

LIXin，GUANShao-jun，HUXiao-tian
（MeasurementcontroltechnologyandinstrumentsofHeilongjiangProvinceKeyLaboratoryofcollegesandUniversities，
HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin150080，China）

Abstract:Nowopticalfibercommunicationisthemainmethodofcommunicationindatacommunicationsystems，its
performancehasadirectimpactonthequalityofdatacommunicationsystems.Inthispaper，theimplementationofoptical
fibercommunicationsystemusestheFPGAVeriloglanguage.Theopticalfibercommunicationsystemincludesextractionof
bitsynchronizationsignalmodule，8B/10Bcode/decodemoduleandNRZIcode/decodemodule.Allofthesemodulesare
synthesizedandsimulatedbyEDAtoolsofDA（DesignAnalyzer），QuartusIIandModelsim，etc，andfromthesimulation
resultscanbeseenthatagooddesigntomeetthesystemrequirements.-
Keywords:opticalfibercommunication；FPGA；bitsynchronizationclock；Verilog

光纤收发器与FPGA技术相结合的方案是现在光纤通时位同步时钟提取模块提取出同步时钟，为解码模块提供参
信系统的主流解决方案。目前，在超高速光纤通信中还多采考时钟。最后，接收到的数据经解码后数据输出。
用专用的ASIC芯片，但最近各FPGA厂商也相继推出了
40Gbps、4x10Gbps、100Gbps和10x10Gbps等FPGA芯片，使
基于FPGA超高速光纤通信的实现成为可能。FPGA的可编
程特性，具有ASIC芯片无法比拟的优越性。所以基于FPGA
的光纤通信有很大的现实意义。
1光纤通信系统结构设计

光纤通信系统主要由位同步时钟提取模块、8B/10B编解
码器模块和NRZI编解器模块组成，主要功能框图如图1所
示。数据经8B/10编码后，能在很大程度上平衡位流中0与1
的个数，而NRZI编码又做了进一步的平衡，主要是为了使信图1光纤通信系统结构
Fig.1Fibercommunicationsystemblockschematicdiagram
号状态变化趋于频繁以便位同步时钟提取模块更好、更快的
提取出位同步时钟。编码后的信号为LVTTL电平信号，先经
2位同步时钟提取的FPGA实现
电平转换模块转换为PECL电平信号，再由光发送接收模块
转换为光信号送入光纤传输介质。经光纤传输后，在接收端在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串的码元序
先经光发送接收模块把光信号转换为PECL电平信号，再由列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便
电平转换模块把PECL电平信号转换为LVTTL电