CN101394678A - 一种通用于gepon/gpon的串行化/反串行化接口模块 - Google Patents
一种通用于gepon/gpon的串行化/反串行化接口模块 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种通用于GEPON/GPON的串行化/反串行化接口模块，包括：串行信号输入端口、串行信号输出端口、并行信号输入端口、并行信号输出端口、模式选择端口、发送速率选择端口、接收速率选择端口、发送数据宽度选择端口、接收数据宽度选择端口、参考时钟输入端口、时钟选择端口、接收时钟输出端口、发送时钟输入端口、发送端电路和接收端电路，接收端电路包括时钟恢复单元CDR、串并转换单元DEMUX，发送端电路包括时钟合成及复用单元，所述接口模块支持GEPON模式和GPON模式，工作于不同模式时，能够根据所用***和所用设备的不同，选择线路侧发送、接收速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种通用于千兆以太网无源光网络(GEPON)和吉比特无源光网络(GPON)***的SERDES(Serializer-Deserializer，串行化/反串行化器)的通用接口。
背景技术
千兆以太网无源光网络(GEPON)是利用无源光网络(PON，Passive Optical Network)的拓扑结构实现承载多种业务的以太网信号传输的一种网络形式。采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的90％以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种有效的通信方法。
类似的，吉比特无源光网络(GPON)也是采用点到多点的无源光纤传输方式来传送多业务数据，其与EPON的区别在于，GPON采用了GFP通用帧协议，能将任何类型和任何速率的业务(Ethernet、TDM、ATM等)进行原有格式封装后经由PON传输，是光接入网络一种全新的有效的解决方案。
如图1所示，一套典型的GEPON/GPON***由位于局端的光线路终端(OLT，OpticalLine Terminal)和若干个位于远端的光网络单元(ONU，Optical Network Unit)组成，OLT和ONU之间由无源光分配网(ODN，Optical Distribution Network)连接，采用点到多点(P2MP，Point to Multi Point)的拓扑结构。在OLT和ONU设备中，PON MAC芯片用于实现PON MAC层协议，物理介质相关层(PMD，Physical Medium Dependent)功能由两端的光收发模块实现。
图2示出了SERDES与光模块和PON MAC芯片的接口，SERDES作为MAC层和PMD层之间的接口，用于连接PON MAC层核心芯片和光收发模块，主要实现PMA层的功能，如串并转换、时钟恢复、Comma Detect等功能。。
对于GEPON和GPON***的OLT或ONU，SERDES与光模块一侧的接口都是1.25G或2.5G的高速串行接口，并且很多电路的工作原理是相同或相似的，所以存在开发统一接口的可能性。但是SERDES与PON MAC芯片的接口是并行接口，不同的***之间是有差异的。对于典型的GEPON设备而言，通常用的是符合IEEE802.3标准的TBI(Ten-Bit-interface)接口，还有一些厂家开发出了2.5G的EPON***，在这种条件下，此接口可能是20bit位宽的非标准接口。对于GPON设备而言，此接口的位宽可能是8Bit或16Bit，其它接口信号定义也会存在一定的差别，取决于各个厂家的设计方式。另外，对于OLT和ONU，两者的接口信号定义也存在一定差别。为了实现SERDES在2种不同***、2种不同设备中的兼容性，需要开发一种成本低廉的通用的串联/解串联器模块。
发明内容
本发明提出一种通用于GEPON/GPON的串行化/反串行化接口模块，包括：
串行信号输入端口、串行信号输出端口、并行信号输入端口、并行信号输出端口、模式选择端口、发送速率选择端口、接收速率选择端口、发送数据宽度选择端口、接收数据宽度选择端口、参考时钟输入端口、时钟选择端口、接收时钟输出端口、发送时钟输入端口、发送端电路和接收端电路，其中，
接收端电路包括时钟恢复单元CDR、串并转换单元DEMUX、信号检测单元SDT；
其中时钟恢复单元与串行信号输入端口、模式选择端口、接收数据选择端口、参考时钟输入端口、时钟选择端口连接，所述时钟恢复单元基于参考时钟输入端口输入的参考时钟，从来自串行信号输入端口的串行数据中提取串行时钟，并使所述串行时钟和接收数据同步，基于提取的串行时钟对串行数据进行8b/10b解码后发送到串并转换单元；当模式选择端口指示选择GEPON模式时，所述时钟恢复单元忽略来自时钟选择端口的信号，接收来自参考时钟输入端口输入的125MHz参考时钟；当模式选择端口指示选择GPON模式时，所述时钟恢复单元根据时钟选择端口的指示选择78MHz或155MHz的时钟作为参考时钟；所述时钟恢复单元根据接收速率选择端口的指示基于参考时钟利用锁相环电路生成1.25G或2.5G的串行时钟；
串并转换单元与接收数据宽度选择端口、模式选择端口、并行信号输出端口、接收时钟输出端口以及时钟恢复单元的输出端口连接，所述串并转换单元用于将进行了时钟恢复后的串行数据转换为并行数据，其中，当模式选择端口指示选择GEPON模式时，所述串并转换单元根据所述接收数据宽度选择端口的指示将串行数据转换为10bit或20bit并行数据；当模式选择端口指示选择GPON模式时，所述串并转换单元将串行数据统一转换为16bit并行数据；转换后的并行数据由并行信号输出端口输出，所述串并转换单元还由接收时钟输出端口输出与并行信号同步的接收时钟；
发送端电路包括时钟合成及复用单元，所述时钟合成及复用单元与并行数据输入端口、串行数据输出端口、模式选择端口、发送时钟输入端口、发送速率选择端口、发送数据宽度选择端口连接；所述时钟合成及复用单元基于发送速率选择端口的指示以及发送时钟输入端口输入的发送时钟合成1.25Gbps或2.5Gbps串行时钟；当模式选择端口指示选择GEPON模式时，根据发送数据宽度选择端口的指示，基于合成得到的串行时钟，按10bit并行数据或20bit并行数据进行并串变换得到与串行时钟频率对应的串行数据；当模式选择端口指示选择GPON模式时，所述时钟合成及复用单元基于合成得到的串行时钟，按16bit并行数据进行并串变换得到和串行时钟频率对应的串行数据；所得到的串行数据经由串行数据输出接口输出。
其中，所述接口模块还包括COMMA检测指示端口、COMMA检测使能端口以及所述串并转换单元还包括COMMA检测电路，所述COMMA检测电路与COMMA检测指示端口、COMMA检测使能端口以及模式选择端口连接，所述COMMA基于COMMA检测使能端口的触发检测以太网帧中的COMMA字符，并通过COMMA检测指示端口输出检测指示。
其中，所述接口模块还包括并行数据边界指示端口，所述并行数据边界指示端口与所述串并转换单元连接，在模式选择端口选择GPON模式时，所述串并转换单元通过所述并行数据边界指示接口指示输出的16bit并行数据的边界。
其中，在并行数据输入端口和并行数据输出端口之间以及串行数据输入端口和串行数据输出端口之间分别设置二选一电路以分别构成并行端口侧的环回测试电路和串行端口侧的环回测试电路，所述环回测试电路用于对接口模块进行环回测试。
其中，在并行端口测的环回测试电路的输出端连接一二选一电路，二选一电路的另一输入端连接一PRBS发生器，选择端连接测试模式使能端口、误码检测电路BERT；PRBS发生器用于产生自测试所需的随机数据输入，在测试模式使能端口指示为测试模式下，将PRBS发生器的输出数据作为并行数据输入，在串行端口侧内部环回后，从串并转换单元处输出；误码测试电路将检测PRBS数据在芯片内部环回后的完备性，如果没有出现错误，通过测试结果指示端口输出测试结果。
附图说明
图1是PON***结构图；
图2是SERDES与光模块和PON MAC芯片接口图；
图3是本发明的通用SERDES模块接口功能定义图；
图4是本发明的通用SERDES模块的模块结构图；
图5是本发明的通用SERDES模块的接口功能选择表；
图6是本发明的通用SERDES模块的环回测试示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
为了解决在不同***及设备中的兼容性，对所述通用模块提出如下的需求：
1、任一时刻只能定义为GEPON模式或GPON模式，两者只能取其一。
2、工作于不同模式时，能够根据所用***和所用设备的不同，选择线路侧发送、接收速率。
3、能够根据线路侧不同发送、接收速率选择串并转换后发送、接收数据的位宽，使得转换后的电路接口特性能够适应不同***及设备的需求，从而保证接口工作的稳定性。
4、对于具有相同电气属性的信号应进行复用，使接口定义尽量精简。
5、不同***专有的接口定义应独立引出，互不影响。
6、接口应具有较好的可测性，能够适应不同***和设备的测试要求。
7、如果SERDES内设置了快速同步辅助电路的功能，接口应具有针对GEPON/GPON***的快速同步指示信号，能够在同步后指示数据的边界。
为了满足上述需求，对于接口的设置做了一下设计：
1)定义模式选择信号Mode_sel选择GEPON模式或GPON模式，在模式选择信号定义后，激活与GEPON或GPON接口相关的信号组。
2)对于GPON***，通常开发的是2.5G/1.25Gbps的不对称***，但考虑到SERDES的通用性，也需要考虑2.5G/2.5Gbps和1.25G/1.25Gbps的对称***。
对于GEPON***，IEEE802.3-2005定义的是上下行对称的1.25Gbps的***，但在实际应用中，有厂家开发出了2.5G/1.25Gbps的不对称***(对于OLT而言，是2.5Gbps的发送速率，1.25Gbps的接收速率，ONU反之)，为了满足以上所列所有需求，分别对发送和接收速率选择定义XMT_FSEL和RCV_FSEL信号，规定发送和接收速率，以确保能够工作在所有的速率等级下。
3)如上所述，对于GPON***，其发送接收速率可以为2.5G/2.5Gbps和1.25G/1.25Gbps的对称***，或2.5G/1.25Gbps的不对称***。为了增强电路的稳健性，在选择了设定GPON模式后，并行数据位宽默认为16Bit，这样转换后的并行接口频率工作在78Mhz或155Mhz，可以比较可靠地工作。
对于GEPON***，如上所叙，根据不同的应用场合，可能是1.25G/1.25Gbps的对称***，也可能是2.5G/1.25Gbps的不对称***，可以根据需求设定发送和接收位宽选择信号XMT_W_SEL和RCV_W_SEL，使发送接收接口的宽度工作在10Bit或20Bit，从而接口工作频率工作在125MHz或250MHz。此定义还可以兼容以后可能出现的2.5G/2.5Gbps对称***。
4)从以上的分析可以看出，用于2种不同***SERDES的数据接口是可以复用的。在串行口的高速差分线只要电平一致，就可以复用；在并行口的最大宽度为20Bit，当工作于GPON模式时，只使用其中的16Bit；工作于GEPON的10Bit模式时，只需使用低10Bit。
5)将专用于GEPON和GPON的接口信号独立引出，在设定了工作模式后，将互不影响，且只有一组信号有效。
6)用于测试的控制管脚可以共用，如环回测试及测试模式等功能信号。
环回测试信号可以设置串行口和并行口的环回，便于故障定位。功能示意见图6。
设置测试模式指示，在批量测试时，可以启动内部的测试功能，测试通过时将给出测试完成信号。
对于GEPON***，如果使能Comma Detect的功能，在按照IEEE802.3 Clause 36.3的要求检测到Comma后，接口将会给出检测指示；对于GPON***，如果外部芯片能给出数据的边界，SERDES的并行口输出将按照这个边界对齐。
如图3的接口功能定义图，可以看到，大多数信号可以用于GEPON/GPON***复用，分别是：
1)与光模块的串行接口信号：SIN和SOUT。
可以传送1.25Gbps或2.5Gbps的高速差分信号。
2)控制信号。共有9个：
MODE_SEL：用于GEPON/GPON模式选择。
XMT_FSEL：用于发送速率选择。
RCV_FSEL：用于接收速率选择。
XMT_W_SEL：用于发送数据宽度选择。
RCV_W_SEL：用于接收数据宽度选择。
LOOPEN_S：串行口环回使能控制。
LOOPEN_P：并行口环回使能控制。
RESET：复位控制。
TEST_MODE：设置芯片工作在测试模式下。
根据对控制信号的设置，可以设置接口的各种工作方式，具体可以参见图5。
3)参考时钟：REFCLK。
在GEPON模式下，为125Mbps，在GPON模式下，为78M/155Mbps。
4)锁相环锁定指示：LF_IND。
可以用于判定锁相环的工作状态。锁相环电路GEPON/GPON***可以共用。
5)测试通过指示：TEST_OK。
用于芯片自动检测完成指示。芯片内部有PRBS发生器及BERT，在进入测试模式后，进行自检测，检测通过将会给出这个指示。
6)并行接口数据及时钟信号：
并行输出DOUT、并行输入DIN、接收时钟RXCLK、发送时钟TXCLK。根据控制信号的不同，数据位宽度和频率不同，可以满足不同***和不同设备的各种要求，具体参见见图5。
用于GEPON接口的专有信号有：
1)RBC0/RBC1：用于TBI接口规定的62.5Mhz时钟。
2)SIG_DET：信号检测，检测串行口的差分信号。
3)BYT_SYNC：COMMA检测指示。其检测过程满足IEEE802.3 Clause 36.3的要求。
4)EN_B_SYNC：COMMA检测使能。
用于GPON接口的专有信号有：
1)REF_SEL：参考时钟选择，可以选择78Mhz或155Mhz参考时钟。
2)RCV_SYNC：指示并行数据的边界。
SERDES的结构如图4所示，可以分为接收侧电路、发送侧电路及测试电路。
在接收侧，主要由时钟恢复电路(CDR单元)、串并转换电路(DEMUX单元)、信号检测电路(SDT)组成。在模式选择信号MODE_SEL信号选定GEPON模式或GPON模式后，相应的信号组起作用。
在CDR单元用于锁定相位，然后接收器按照恢复的时钟进行数据位对齐，接着用参考时钟进行字对齐。最后，将数据进行8b/10b解码从接收到的数据中提取串行时钟，并使这个时钟和接收数据同步。对于GEPON和GPON模式，这部分的电路基本是一致的，区别在于在不同的模式下，REFCLK不同。对于不同的速率，CDR单元中的锁相环电路将根据速率选择指示，选择相应的倍频系数，以得到1.25G或2.5G的串行时钟。如果锁相环电路不能锁定，则将给出LF_IND指示。
DEMUX单元的主要功能是将串行数据转换为并行数据，还有COMMA检测电路用于检测以太网帧中的COMMA字符。在GPON模式下，并行数据为16Bit，如果RCV_SYNC信号指示起作用，可以用来指示字节的边界；对于GEPON模式，通过RCV_W_SEL指示来决定DEMUX单元是采用10Bit还是20Bit的输出，并且在GEPON模式下，EN_B_SYN信号指示为“1”时，内部的COMMA检测电路将起作用，输出BYT_SYNC指示找到了COMMA字符。上述功能的选择都可以通过一些简单的逻辑电路实现。
SDT电路主要用于GEPON模式下的信号检测功能，串行信号达到一定的阈值就会给出SIG_DET信号，可以用于一些故障的诊断及后续电路的状态转移输入。
发送侧的电路主要是时钟合成及复用单元(SYNTHESIZER&MUX)。对于GEPON和GPON模式，串行时钟产生部分的电路基本是一致的，都需要Synthesizer PLL来生成串行发送时钟，区别只是在于2种模式下的发送时钟信号TXCLK不同。对于不同的发送速率，时钟电路将根据发送速率选择指示，选择相应的倍频系数，以得到1.25G或2.5G的串行时钟。MUX部分电路完成并行数据到串行数据的变换，在GPON模式下，16Bit并行数据有效；对于GEPON模式下，由XMT_W_SEL来指示10Bit或20Bit的有效数据。这些功能的选择都可以通过一些简单的逻辑电路实现。
用于环回测试的电路由二选一电路构成。如图4所示，在串行侧和并行侧分别有一个二选一电路，通过LOOPEN_S和LOOPEN_P来控制选择哪一路信号输出。
为了接口模块批量测试方便，在接口模块中设置了测试电路，包括PRBS发生器(PRBS GRT)和误码检测电路(BERT)，这部分电路仅在TEST_MODE为“1”时有效。PRBS发生器，用于产生自测试所需的随机数据输入，在测试模式下，作为并行数据输入，在内部环回后，从DEMUX处输出。BERT电路设计在DEMUX单元中，将检测PRBS数据在芯片内部环回后的完备性，如果没有出现错误，将给出TEST_OK指示。
本发明实现了一种通用的SERDES接口模块，将专用SERDES的应用场合大大扩展，继承了SERDES设计中可以共用的部分，方便了SERDES设计者根据不同需求调整设计的要求，通用接口模块可以满足GEPON/GPON OLT/ONU设备等各种接口方式的要求，且最大限度地做到了信号和功能复用.
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1、一种通用于GEPON/GPON的串行化/反串行化接口模块，包括：
串行信号输入端口、串行信号输出端口、并行信号输入端口、并行信号输出端口、模式选择端口、发送速率选择端口、接收速率选择端口、发送数据宽度选择端口、接收数据宽度选择端口、参考时钟输入端口、时钟选择端口、接收时钟输出端口、发送时钟输入端口、发送端电路和接收端电路，其中，
接收端电路包括时钟恢复单元CDR、串并转换单元DEMUX；
其中时钟恢复单元与串行信号输入端口、模式选择端口、接收数据选择端口、参考时钟输入端口、时钟选择端口连接，所述时钟恢复单元基于参考时钟输入端口输入的参考时钟，从来自串行信号输入端口的串行数据中提取串行时钟，并使所述串行时钟和接收数据同步，基于提取的串行时钟对串行数据进行8b/10b解码后发送到串并转换单元；当模式选择端口指示选择GEPON模式时，所述时钟恢复单元忽略来自时钟选择端口的信号，接收来自参考时钟输入端口输入的125MHz参考时钟；当模式选择端口指示选择GPON模式时，所述时钟恢复单元根据时钟选择端口的指示选择78MHz或155MHz的时钟作为参考时钟；所述时钟恢复单元根据接收速率选择端口的指示基于参考时钟利用锁相环电路生成1.25G或2.5G的串行时钟；
串并转换单元与接收数据宽度选择端口、模式选择端口、并行信号输出端口、接收时钟输出端口以及时钟恢复单元的输出端口连接，所述串并转换单元用于将进行了时钟恢复后的串行数据转换为并行数据，其中，当模式选择端口指示选择GEPON模式时，所述串并转换单元根据所述接收数据宽度选择端口的指示将串行数据转换为10bit或20bit并行数据；当模式选择端口指示选择GPON模式时，所述串并转换单元将串行数据统一转换为16bit并行数据；转换后的并行数据由并行信号输出端口输出，所述串并转换单元还由接收时钟输出端口输出与并行信号同步的接收时钟；
发送端电路包括时钟合成及复用单元，所述时钟合成及复用单元与并行数据输入端口、串行数据输出端口、模式选择端口、发送时钟输入端口、发送速率选择端口、发送数据宽度选择端口连接；所述时钟合成及复用单元基于发送速率选择端口的指示以及发送时钟输入端口输入的发送时钟合成1.25Gbps或2.5Gbps串行时钟；当模式选择端口指示选择GEPON模式时，根据发送数据宽度选择端口的指示基于合成得到的串行时钟按10bit并行数据或20bit并行数据进行并串变换得到与串行时钟频率对应的串行数据；当模式选择端口指示选择GPON模式时，所述时钟合成及复用单元基于合成得到的串行时钟按16bit并行数据进行并串变换得到和串行时钟频率对应的串行数据；所得到的串行数据经由串行数据输出接口输出。
2、如权利要求1所述的接口模块，其特征在于：所述接口模块还包括COMMA检测指示端口、COMMA检测使能端口以及所述串并转换单元，还包括COMMA检测电路，所述COMMA检测电路与COMMA检测指示端口、COMMA检测使能端口以及模式选择端口连接，所述COMMA基于COMMA检测使能端口的触发检测以太网帧中的COMMA字符，并通过COMMA检测指示端口输出检测指示。
3、如权利要求1所述的接口模块，其特征在于：所述接口模块还包括并行数据边界指示端口，所述并行数据边界指示端口与所述串并转换单元连接，在模式选择端口选择GPON模式时，所述串并转换单元通过所述并行数据边界指示接口指示输出的16bit并行数据的边界。
4、如权利要求1所述的接口模块，其特征在于：在并行数据输入端口和并行数据输出端口之间以及串行数据输入端口和串行数据输出端口之间分别设置二选一电路以分别构成并行端口侧的环回测试电路和串行端口侧的环回测试电路，所述环回测试电路用于对接口模块进行环回测试。
5、如权利要求4所述的接口模块，其特征在于：在并行端口测的环回测试电路的输出端连接一二选一电路，二选一电路的另一输入端连接一PRBS发生器，选择端连接测试模式使能端口、误码检测电路BERT；PRBS发生器用于产生自测试所需的随机数据输入，在测试模式使能端口指示为测试模式下，将PRBS发生器的输出数据作为并行数据输入，在串行端口侧内部环回后，从串并转换单元处输出；误码测试电路将检测PRBS数据在芯片内部环回后的完备性，如果没有出现错误，通过测试结果指示端口输出测试结果。
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