【摘　要】　介紹了光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片ML4664的原理，詳細(xì)說(shuō)明了以ML4664為主要芯片構(gòu)成10M光纖收發(fā)器的設(shè)計(jì)方法，并給出了設(shè)計(jì)的具體原理圖。
??? 關(guān)鍵詞：ML4664，光纖收發(fā)器，通信

1　引　言
　　隨著信息用戶群的不斷增長(zhǎng)以及用戶對(duì)信息服務(wù)質(zhì)量越來(lái)越高的要求，光纖傳輸從各種網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)中脫穎而出，光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐步擴(kuò)大，光纖網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)用也日益普及，很多用戶開始考慮用“光纖到桌面”來(lái)替代水平布線系統(tǒng)中的銅纜方案。但是完整地考慮一個(gè)光纖到桌面的解決方案，不僅要有光纖信息出口和光纖配線箱，還需要價(jià)格昂貴的光纖網(wǎng)卡和光出口集線器，這使整個(gè)系統(tǒng)的成本大大提高。而一種經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)光纖到桌面的方法是使用光纖收發(fā)器（即光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換器）。光纖收發(fā)器是一種透明傳輸?shù)墓怆娊橘|(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備，不僅能大大簡(jiǎn)化局域網(wǎng)的升級(jí)，而且可以保護(hù)原有銅纜LAN設(shè)備的投資，因此成為當(dāng)前市場(chǎng)迫切需要的設(shè)備之一。
2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　本文介紹的光纖收發(fā)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片ML4664、光收發(fā)一體化模塊、電接口模塊、RJ45和電源這幾部分組成。其中，光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片ML4664為光纖收發(fā)器系統(tǒng)的主芯片，它完成10Base－T的雙絞線介質(zhì)到10Base－FL光纖介質(zhì)的轉(zhuǎn)換；電接口模塊除了將RJ45送來(lái)的電信號(hào)耦合至ML4664外，還包括一個(gè)低通濾波器，完成低通濾波功能；光收發(fā)一體化模塊是與光纖介質(zhì)的接口模塊；由于ML4664需要數(shù)字電源和模擬電源，所以，在電源部分我們專門分出了數(shù)字電源和模擬電源兩部分。

3　ML4664功能簡(jiǎn)介
　　ML4664是Micro Linear公司推向市場(chǎng)的一款高性能光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片，可用于實(shí)現(xiàn)10Base－T的雙絞線介質(zhì)到10Base－FL光纖介質(zhì)的轉(zhuǎn)換，符合IEEE802．3的10Base－T和10Base－FL的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，采用5V電源供電，且不需要外接晶體或晶振，是一款理想的光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片。隨著光通信的飛速發(fā)展，ML4664必將有更廣泛的應(yīng)用。
3．1　主要特征
??? ML4664的主要特征有：
??? ·支持全雙工方式；
　　·支持100Ω的非屏蔽雙絞線和150Ω屏蔽雙絞線；
　　·電流輸出可高達(dá)100mA，并且具有較低的RFI噪聲和很小的抖動(dòng)；
????? ·具有自動(dòng)極性糾正功能；
??? ·輸入靈敏度可達(dá)2mVP－P；
??? ·具有自動(dòng)連接檢測(cè)功能；
????? ·帶有高穩(wěn)定性的數(shù)字均衡器，支持55dB的動(dòng)態(tài)輸入范圍。
3．2　引腳功能簡(jiǎn)介
??? ML4664為28腳的PLCC封裝，如圖2所示。

??? （1）TPINPTPINN雙絞線數(shù)據(jù)差分輸入端；
　?。?）TPOUTN TPOUTP雙絞線數(shù)據(jù)差分輸出端；
　　（3）TPLED雙絞線數(shù)據(jù)連接狀態(tài)指示腳，連接正常時(shí)，輸出為低電平；
　?。?）POLDIS雙絞線數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)指示腳，通過(guò)高低電平的跳變，來(lái)指示有數(shù)據(jù)輸入；
??? （5）OPOUT光信號(hào)的輸出腳；
??? （6）OPINN OPINP光信號(hào)的差分輸出端；
　?。?）OPLED光信號(hào)連接狀態(tài)指示腳，連接正常時(shí)，輸出為低電平；
　?。?）LMON光信號(hào)輸入狀態(tài)指示腳，通過(guò)高低電平的跳變，來(lái)指示數(shù)據(jù)輸入；
??? （9）AVCCVCC模擬電源和數(shù)字電源；
??? （10）AGND GND模擬地和數(shù)字地；
　?。?1）RRSET通過(guò)一個(gè)61．9K的電阻上拉至電源，作為芯片的外部偏置；
　?。?2）RTSETOP設(shè)置輸出電流的大小，一般可用115Ω的電阻拉至電源；
　?。?3）RTSETTP雙絞線的阻抗匹配設(shè)置端，如果用100Ω的非屏蔽雙絞線，可在此引腳和電源之間接一個(gè)220Ω的電阻；而如果用150Ω的屏蔽雙絞線，則外接300Ω的電阻；
　?。?4）TxCAP0 TxCAP1設(shè)置前均衡的脈沖寬度，可接一個(gè)680pF的電容。
3．3　工作原理
??? ML4664芯片的內(nèi)部電路主要由兩部分組成：OP傳送和接收部分；TP傳送和接收部分。
　　OP的傳送和接收電路主要完成兩個(gè)功能：檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)從TP輸入和將數(shù)據(jù)送入光收發(fā)一體化模塊。OP的傳送和接收電路具有很強(qiáng)的光纖信號(hào)檢測(cè)能力，它能識(shí)別出2mVP－P，且動(dòng)態(tài)范圍為55dB的光信號(hào)。OP的傳送和接收電路是以電流的形式來(lái)驅(qū)動(dòng)光收發(fā)一體化模塊的，在數(shù)據(jù)送入光收發(fā)一體化模塊前，要通過(guò)靜噪電路濾掉多余噪聲。配置引腳RTSETOP的外接電阻就可改變輸出驅(qū)動(dòng)電流IOUT的大小，相應(yīng)公式如下：

ML4664的最大輸出電流可達(dá)100mA，此時(shí)RTSETOP的外接電阻值為60Ω。當(dāng)OP傳送和接收電路檢測(cè)到引腳TPINP和TPINN上無(wú)信號(hào)輸入，OP傳送電路將進(jìn)入‘空閑’狀態(tài)，輸出1MHz的空閑信號(hào)。
　　在數(shù)據(jù)送入雙絞線介質(zhì)之前，也要通過(guò)靜噪電路濾掉多余噪聲。TP信號(hào)的輸出要先經(jīng)過(guò)一個(gè)2：1的變壓器，進(jìn)行低通濾波后，最后通過(guò)RJ45與雙絞線相連。TP信號(hào)的輸出形式是電壓模式，輸出電壓由流入TPOUTP、TPOUTN引腳的電流值和輸出介質(zhì)的阻抗決定。ML4664／ML4669支持100Ω的非屏蔽雙絞線和150Ω屏蔽雙絞線，下面的公式?jīng)Q定雙絞線的阻抗：
式中RL為雙絞線的阻抗值。TP傳送和接收部分還集成了一個(gè)前均衡電路，用來(lái)補(bǔ)償通過(guò)雙絞線傳輸后信號(hào)幅度和相位的失真。雙絞線對(duì)10MHz信號(hào)的衰減比對(duì)5MHz信號(hào)的衰減要大，前均衡電路可以使來(lái)自遠(yuǎn)端的10MHz和5MHz信號(hào)的幅度基本一致。當(dāng)TP傳送和接收電路檢測(cè)到引腳OPINP和OPINN上無(wú)信號(hào)輸入，TP傳送電路將進(jìn)入‘空閑’狀態(tài)，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)只有450mV的輸出電壓，這一輸出電壓持續(xù)250ns后，跳變一次，再回到450mV上。
4　光纖收發(fā)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　在我們研制的10M光纖收發(fā)器系統(tǒng)中，以ML4664芯片為光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換的主芯片，電接口模塊采用芯片SF1301，其硬件原理圖如圖3所示。
　　其中，SF1301負(fù)責(zé)將電信號(hào)耦合到ML4664，并進(jìn)行低通濾波處理。RTXM15－14為光收發(fā)一體化模塊，它將從ML4664輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成光信號(hào)。整個(gè)電路的工作流程大致如下：光信號(hào)通過(guò)光送入RTXM15－14，由RTXM15－14將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分的電流信號(hào)，電流信號(hào)采用交流耦合，送入ML4664，在ML4664中進(jìn)行一系列處理后，再經(jīng)SF1301進(jìn)行低通濾波，最后接入RJ45，完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。

　　RTXM15－14和主芯片ML4664之間差分信號(hào)的傳送，采用交流耦合，即通過(guò)電容C27、C28連接，這樣就可以隔離兩邊的直流電平，使得RTXM15－14和主芯片ML4664可采用不同的直流電平偏置方案。需要注意的是，在ML4664光信號(hào)的輸出端，只有一個(gè)引腳OPOUTP，而光收發(fā)一體化模塊的輸出腳卻要求一對(duì)差分信號(hào)TD和／TD，這時(shí)可將光收發(fā)一體化模塊的TD腳接上固定直流電平，而另一個(gè)／TD腳通過(guò)電容耦合接上ML4664的OPOUTP腳。
4．1　初始化配置
　　本系統(tǒng)的主芯片ML4664的集成度很高，因此它的外圍引腳的配置比較麻煩，我們?cè)诮?jīng)過(guò)多次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后，找到了一系列較佳初始化配置方案，現(xiàn)在整理敘述如下：RTSETTP引腳外接220Ω的電阻，使光纖收發(fā)器支持100Ω阻抗的非屏蔽雙絞線；在RRSET腳外接61．9kΩ的電阻，以滿足芯片內(nèi)部偏置的需要；我們?cè)赗TSETOP腳和電源之間接一個(gè)115Ω的電阻，使得芯片輸出給光收發(fā)一體化模塊的電流大約為52mA；TxCAP0和TxCAP1之間的電容主要是設(shè)置前均衡的脈沖寬度，大小最好為680pF；CTIMER腳的外接電容是設(shè)置檢測(cè)鏈接狀態(tài)的間隔時(shí)間值，可使用大小為0．047μF的電容。
4．2　電源方案和PCB布線方案
　　光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片ML4664要求將模擬電源和數(shù)字電源、模擬地和數(shù)字地分開，而且光收發(fā)一體化模塊的接收部分的電源和發(fā)送部分的電源也分開。我們的處理方案如下：5V電源先通過(guò)兩個(gè)10μH的電感（L1、L2），得到數(shù)字電源VCC和數(shù)字地GND，再經(jīng)過(guò)1．2μH的兩個(gè)電感（L6、L7），分出模擬電源AVCC和模擬地AGND；數(shù)字電源VCC經(jīng)電感L4得到光收發(fā)一體化模塊的發(fā)送電源TxVCC，模擬電源AVCC經(jīng)電感L3得到光收發(fā)一體化模塊的接收電源RxVCC。
　　為減少電磁干擾，在PCB板的布線時(shí)也進(jìn)行了一些特別處理。我們采用四層板布線方案，頂層和底層除了走信號(hào)線外，還要進(jìn)行包地，中間兩層為電源層和地層。光收發(fā)一體化模塊和SF1301到ML4664的連線是差模信號(hào)線對(duì)，這些差模信號(hào)線對(duì)要盡可能彼此靠近且平行，而遠(yuǎn)離其他信號(hào)線，而且，差模信號(hào)線的走線長(zhǎng)度要盡量短以減小其自感。此外，接收信號(hào)線與發(fā)送信號(hào)線要分在兩層走，如果接收信號(hào)線走頂層，發(fā)送信號(hào)線就要求走底層。
4．3　光收發(fā)一體化模塊的選擇
　　光纖模態(tài)分為單模和多模兩種，光收發(fā)一體模塊按所接光纖的模態(tài)，可相應(yīng)地分為單模光收發(fā)一體模塊和多模光收發(fā)一體模塊。單模光纖衰減率低、傳輸距離遠(yuǎn)、容量大，但價(jià)格昂貴，常用于長(zhǎng)途電信；而多模光纖在短距離傳輸中的性能價(jià)格比要優(yōu)于單模光纖，故多用于傳輸距離較近的網(wǎng)路。單模光收發(fā)一體模塊以激光器為光源，多模模塊則多采用發(fā)光二極管。此外，光收發(fā)一體化模塊還有長(zhǎng)波長(zhǎng)和短波長(zhǎng)之分；接口類型有ST、FC／PC、D4、SC等。選用哪種型號(hào)的光收發(fā)一體化模塊，要由具體的應(yīng)用環(huán)境決定。我們所設(shè)計(jì)的光纖收發(fā)器已經(jīng)充分考慮到兼容性問(wèn)題，光收發(fā)一體化模塊RTXM15－14可以任意替換成其它類型的光收發(fā)一體化模塊，而不需要改動(dòng)電路，因此能夠隨時(shí)根據(jù)客戶的要求，選用所需的光收發(fā)一體模塊。
5　結(jié)束語(yǔ)
　　ML4664是一款高性能光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片，以它作主芯片而研制出的光纖收發(fā)器的性能優(yōu)良，使用SmartBits2000網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀進(jìn)行性能和功能的測(cè)試，該光纖收發(fā)器的幀轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延小于1μs，大數(shù)據(jù)包（1500字節(jié)）的丟包率為0％，其他各項(xiàng)性能指標(biāo)也均達(dá)到國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平?，F(xiàn)在這款光纖收發(fā)器已經(jīng)量產(chǎn)并銷售，廣電、吉通、鐵通等電信單位使用后，反應(yīng)良好。

1　彭吉虎，吳伯瑜．光纖技術(shù)及應(yīng)用．北京：北京理工大學(xué)出版社，1998
2　黃章勇．光纖通信用光電子器件和組件．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001