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第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共12页基于单片机控制的光收发器设计1引言在“三网合一”的推动下，光纤到户等光纤接入方案的应用日益广泛。在光进铜退的呼声下，光网络迅速发展。光收发器在光通信中起到光电、电光转换的作用，是光通信必不可少的器件。由于涉及到高速电路设计、精密机械加工和光学设计，光收发器的成本占据了光纤通信系统和的重要部分，而较高的光收发器价格成了制约光纤接入推广的瓶颈。进一步降低光收发器的成本将有利于光接入的应用推广，加快光进铜退的步伐。光收发器主要由电路部分、光发送组件和光接收组件组成。其中电路部分又包括激光驱动、光接收信号放大和控制部分。目前市场上的光收发器的电路部分使用的是三个专用芯片。一直有公司在研究把激光驱动和接收信号放大电路集成在一个器件上，控制器使用普通的嵌入式处理器的方案。由于只使用一个专用芯片和一个通用芯片，这样就可以大幅降低电路部分的成本。PHYWORKS公司研制的PHY1076芯片就是一款这样的芯片。它主要针对1.25Gbps到2.5Gbps的光收发器，具有外围电路简单，控制电路只需要普通的8位单片机就可以实现的特点。本文主要研究了PHY1076的性能，选择了ATMEL公司的ATMEGA88单片机进行控制，设计出光收发器样品，并进行了性能测试，最终成功设计了1.25G光收发器。2光收发器设计方案及工作原理讨论光收发器在发展的过程中，有许多种不同的外形封装。SFP（小型化可热插拔光收发一体模块）是目前在5Gbps以下速率中最先进的一种封装形式，具有小型化、可热插拔、功耗小、系统可集成度高以及能够进行数字诊断功能等特点。本设计中使用激光驱动电路和光接收放大电路集成的PHY1076作为专用芯片，使用ATMEL的AVR单片机ATMEGA88进行控制和实现DDM功能，加上相应的TOSA（光发射组件）,ROSA（光接收组件）和结构件，设计了一款工作在1.25Gbps传输距离为10km的SFP光收发器。系统方框图如图1所示：第2页共12页第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共12页图1光纤收发器的内部结构图1)发射部分工作原理：系统的串行数据信号从TX+/-端以差分信号形式输入到PHY1706的激光器驱动部分。驱动电路进行放大处理后，转换成差分调制电流信号加载到TOSA（光发射组件）上，控制TOSA中的激光器发出光脉冲，耦合入光纤发送到远端。2)接收部分工作原理：光脉冲信号输入到ROSA（光接收组件），ROSA将光脉冲信号转换成差分电压信号输出到PHY1076的限幅放大部分。该信号经过限幅放大处理后，从PHY1076的RX+/-端输出差分电压串行数字信号。3)控制及DDM部分：PHY1076是一款模拟数字混合芯片，其内部包括多个模数(A/D)、数模转换(D/A)器。发射和接收通路上的参数都是通过ADC转换成数字量存入状态寄存器进行监视，通过DAC把设置寄存器的值转换成模拟量来进行控制的。这些寄存器都可以由外部控制器进行读取和设置。DDM(DigitalDiagnosticMonitor)，数字诊断和监控是指的光纤收发器能够对发射功率（Tx_power），接收功率（Rx_power），激光器偏置电流（Ibias），工作电压（Vcc），模块内部温度（Temperature）这些参数进行实时监视，并能够在各项参数超过设定值时设置报警标志位的功能。PHY1076内部集成的ADC能够对发射功率、接收功率和偏置电流进行监测。工作电压和温度传感则需要另外ADC进行转换。而所有这些报警的实现则需要外部控制器来实现。ATMEL公司的AVR单片机ATMEGA88是一款8位单片机，内部集成FLASH、RAM、EEPROM、内部时钟和ADC。无需任何外围电路即可构成系统，支持在线编程下载和单步调试。系统设计和软件调试都很方便。集成硬件I2C模块，可直接对外提供符合SFP-MSA规范要求的外部I2C接口。而且此单片机是一款在家电和工业控制领域使用广泛的芯片，用量大，性能稳定可靠，价格低。本设计选用此芯片控制PHY1076的工作参数和实现DDM功能。第3页共12页第2页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共12页3关键参数控制和实现在光纤通信系统中，发射光脉冲的平均光功率和消光比是两个非常重要的参数。...