專利名稱：用于計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)通信的10Mbps光纖收發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種光纖收發(fā)器。
以太網(wǎng)(Ethernet)是目前使用最廣泛的局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年全球范圍內(nèi)其結(jié)點(diǎn)已達(dá)4000萬個以上，它主要應(yīng)用在幾公里范圍內(nèi)的校園、醫(yī)院、機(jī)場、工廠、公司、政府機(jī)關(guān)辦公自動化等局域網(wǎng)，它具有傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、系統(tǒng)功能強(qiáng)、安裝連接簡單、升級容易和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。以太網(wǎng)是以帶有沖突檢測的載波偵聽多路存取(Carrier Sense Multiple Access With Collission Detect)方式(以下簡稱CSMA/CD方式)工作，執(zhí)行IEEE(電氣電子工程師協(xié)會)802.3標(biāo)準(zhǔn)(1985年公布的802項(xiàng)目局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn))。以太網(wǎng)有不同的傳輸物理介質(zhì)，其中以光纖為傳輸物理介質(zhì)的以太網(wǎng)10BASE-F具有抗干擾、低損耗、傳輸距離遠(yuǎn)(≥2Km)、傳輸速率高(可達(dá)10、100、1000Mbps)等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于相距較遠(yuǎn)的網(wǎng)站之間的光互連。90年代提出的10BASE-FL標(biāo)準(zhǔn)用于取代80年代初制定的10BASE-FOIRL(Fiber Optic Inter-RepeaterLink)光纖中繼器間連接標(biāo)準(zhǔn)，可在相距2Km的兩個設(shè)備之間構(gòu)造全雙工連接段。
本發(fā)明創(chuàng)造的目的在于提供一種用于計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)通信，傳輸速率為10Mbps的光纖收發(fā)器，它可用于主機(jī)、服務(wù)器、中繼器、集線器、終端機(jī)之間以及終端機(jī)與終端機(jī)之間的光互連，多模光纖傳輸距離達(dá)2Km。
本光纖收發(fā)器設(shè)有一塊執(zhí)行IEEE的光纖以太網(wǎng)802.3-FL標(biāo)準(zhǔn)并采用CSMA/CD方式工作的執(zhí)行芯片。該執(zhí)行芯片的接收輸入端Vin接一個光電探測放大組件的輸出端；執(zhí)行芯片的沖突檢測輸出端COL接阻抗匹配的耦合器的沖突檢測組的初級，耦合器沖突檢測組的次級接至接入單元接口(Attachment Unit Inteface，簡稱AUI接口)的沖突端口；執(zhí)行芯片的終端機(jī)接收端口Rx接耦合器接收組的初級，耦合器接收組的次級接AUI接口的接收端口；AUI接口的發(fā)射端口接耦合器發(fā)射組的初級，耦合器發(fā)射組的次級接執(zhí)行芯片的終端機(jī)發(fā)射端口Tx；執(zhí)行芯片的發(fā)射輸出端TxOUT接至發(fā)光二極管發(fā)射組件的光發(fā)射驅(qū)動輸入端；執(zhí)行芯片的SQE(信號質(zhì)量錯誤)端接一組信號質(zhì)量錯誤檢測選擇開關(guān)；執(zhí)行芯片的收發(fā)器工作狀態(tài)輸出端接一組收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器；光電探測放大組件的光纖信號輸入端和發(fā)光二極管發(fā)射組件的光纖信號輸出端分別接光纖接口；AUI接口的電源輸出端接集成穩(wěn)壓電路，以提供收發(fā)器所需電源；AUI接口外接主機(jī)或其它終端設(shè)備，由此實(shí)現(xiàn)主機(jī)AUI接口和兩個光纖接口的光信號轉(zhuǎn)換。所說的執(zhí)行芯片的LMON端口與地之間串接分壓電阻，電阻的交接點(diǎn)與收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器的發(fā)光二極管一端連接，組成電源和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)LED顯示電路；而COL端與JAB端連接，接點(diǎn)串接一電阻，組成“線與”門電路，與收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器的發(fā)光二極管及電源組成沖突和超時狀態(tài)LED顯示電路。所說的光電探測放大組件與發(fā)光二極管發(fā)射組件分別采用PIN接收組件和發(fā)光二極管發(fā)射組件。
所說的集成穩(wěn)壓電源采用7805專用集成電路與降壓電阻串聯(lián)構(gòu)成降壓穩(wěn)壓電路。
本收發(fā)器選用執(zhí)行CSMA/CD方式工作和IEEE 802.3-FL標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行芯片，可實(shí)現(xiàn)主機(jī)AUI接口和多模光纖接口的光電信號的轉(zhuǎn)換，并具有全雙工功能，能提供驅(qū)動光纖發(fā)光二極管精確的工作電流，從而獲得精確發(fā)射功率。其次，由于充分利用執(zhí)行芯片的特性，不采用晶體振蕩器和時鐘定時器，而是利用執(zhí)行芯片的LMON腳與發(fā)光二極管、電阻、電源組成電源和網(wǎng)絡(luò)鏈路LED顯示電路；利用執(zhí)行芯片的XMT、RCV、COL、JAB和LMON5只管腳為該集成電路內(nèi)集電極開路的特性，讓COL腳和JAB腳相連接并串聯(lián)一個電阻，構(gòu)成“線與”門電路，既節(jié)省了元器件，又實(shí)現(xiàn)收發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)顯示功能。另外，本收發(fā)器不采用該執(zhí)行芯片說明指南所推薦的DC-AC-DC轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓電源線路，而是直接采用7805專用集成電路和電阻串聯(lián)構(gòu)成的DC-DC降壓穩(wěn)壓電路，不但防止了通常穩(wěn)壓線路在DC-AC-DC轉(zhuǎn)換過程中的電磁干擾，而且減少了功耗與發(fā)熱，還減少了元件，提高了穩(wěn)定性，降低了成本。本收發(fā)器可用于以太網(wǎng)中主機(jī)、服務(wù)器、中繼器、集線器、終端機(jī)之間以及終端機(jī)和終端機(jī)之間的光互連，信號傳輸速率為10Mbps，多模光纖傳輸最大距離2Km，發(fā)射光耦合功率為-16.4dBm(60/125μm光纖)，典型的探測最小靈敏度為0.8μw(62.5μm纖徑)。


圖1為本光纖收發(fā)器的結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2為本光纖收發(fā)器的外觀圖。
圖3為本光纖收發(fā)器的電路原理圖。
圖4為電源和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)LED顯示電路原理圖。
圖5為沖突和超時狀態(tài)LED顯示電路原理圖。
如圖1～3所示，10Mbps光纖收發(fā)器由主機(jī)AUI接口D1、耦合器U2、IEEE 802.3-FL標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行芯片U1、PIN接收組件HF1、LED發(fā)射組件HF2、SQE選擇開關(guān)S1、收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器LEDs、DC-DC轉(zhuǎn)換集成穩(wěn)壓電路U3、印刷電路版及外殼1、光纖接口2、電源接口3組成。光纖信號從接收組件HF1的IN輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的光信號又從發(fā)射組件HF2的OUT輸出。AUI接口D1(DB15)的沖突、接收、發(fā)射端口分別與耦合器U2(ST-7033)的沖突檢測組次級、接收組次級、發(fā)射組初級連接。耦合器的沖突檢測組初級、接收組初級、發(fā)射組次級分別與執(zhí)行芯片U1(ML 4663 CQ)的COL、Rx、Tx端，執(zhí)行芯片的SQE端連接一組信號質(zhì)量錯誤檢測選擇開關(guān)S1。執(zhí)行芯片的Vin端接SiPIN結(jié)構(gòu)的光電探測器即PIN接收組件HF1(HFD 3221)的輸出端；執(zhí)行芯片的Tx-OUT端接光電轉(zhuǎn)換組件HF2(選用AlGaAs異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管發(fā)射組件HFE 4218)的光發(fā)射驅(qū)動輸入端。執(zhí)行芯片的5個LEDs管腳(XMT、RCV、LMON、COL、JAB)連接一組收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器。
為了充分利用ML 4663CQ集成電路執(zhí)行芯片在電路中可不采用晶體振蕩器和時鐘定時器的性能，節(jié)省元器件，因此由執(zhí)行芯片的LMON腳構(gòu)成如圖4所示的電源和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)LED顯示電路，由U1的LMON端串接電阻R9、R16。當(dāng)LED1發(fā)較低亮度時，表明光纖收發(fā)器的電源部分工作正常，此時+5V的直接電壓經(jīng)LED1并通過R16到地，使LED1發(fā)較低亮度的光；當(dāng)LED1發(fā)較高亮度時，表明收發(fā)器網(wǎng)絡(luò)鏈路正常，此時U1的LMON端處于低電平，收發(fā)器接收空載信號。
為了利用U1的5個LEDs端為該芯片內(nèi)晶體管集電極開路的特性，可讓COL腳與JAB腳相連接再串接電阻R15(參見圖5)，構(gòu)成“線與”門電路。當(dāng)U1的COL腳或JAB腳處于低電平時，+5V的直流電壓經(jīng)過發(fā)光二極管LED4、R15到U1的COL腳或JAB腳，使LED4發(fā)亮，這表明收發(fā)端的網(wǎng)絡(luò)處于沖突或者超時狀態(tài)；當(dāng)U1的COL腳或JAB腳處于高電平時，+5V的直流電壓不能使電流經(jīng)LED4，因而LED4不亮，這表明收發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)沖突或超時。此外，+5V經(jīng)過LED2和R11與U1的XMT腳串聯(lián)，當(dāng)LED2發(fā)亮?xí)r，表明收發(fā)器處于發(fā)射狀態(tài)；+5V經(jīng)過LED3和R12與U1的RCV腳串聯(lián)，當(dāng)LED2發(fā)亮?xí)r，表明收發(fā)器處于接收狀態(tài)。
收發(fā)器的電源部分沒有采用ML 4663 CQ芯片說明指南所推薦的DC--AC--DC轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓電路，而直接采用專用集成電路U3(7805)和電阻R17串聯(lián)構(gòu)成的降壓穩(wěn)壓電路，防止了通常穩(wěn)壓線路在DC-AC-DC轉(zhuǎn)換過程中的電磁干擾，并且減了功耗，從而減少了發(fā)熱，并降低了成本。這樣，含有AUI接口的設(shè)備(如主機(jī)、服務(wù)器、中繼器、集線器或網(wǎng)卡等)通過AUI接口提供直流電源給收發(fā)器的集成穩(wěn)壓電路。
工作時，U1產(chǎn)生1MHz的空載信號，偵聽網(wǎng)絡(luò)總線上是否有信息在傳送，若總線“忙”，則推遲發(fā)射信息，繼續(xù)偵聽；若偵聽網(wǎng)絡(luò)總線沒有信息傳送，則立即發(fā)送信息并探測總線上是否有沖突產(chǎn)生，為此U1產(chǎn)生10MHz選通振蕩信號用于檢測沖突、信號質(zhì)量錯誤和阻塞。若檢測到有沖突發(fā)生，則立即停止發(fā)送信息，并隨即發(fā)送強(qiáng)化沖突的阻塞信號，以使所有站點(diǎn)都能檢測到?jīng)_突；發(fā)送阻塞信號后，需要等待一個隨機(jī)時間，然后又重復(fù)上述步驟。
本收發(fā)器的信號傳輸速率為10Mbps，多模光纖傳輸最大距離為2Km，發(fā)射光耦合功率為-16.4dBm(60/125μm光纖)，典型的探測最小靈敏度為0.8μw(62.5μm纖徑)，可實(shí)現(xiàn)AUI端口和ST多模光纖口的光電信號的轉(zhuǎn)換。
本收發(fā)器的電感和阻容元件采用貼片式，其中L1＝L2＝4.7μH；R1～R4360Ω；R5＝78Ω；R6＝470Ω；R7＝162Ω；R8＝62Ω；R9～R12，R151KΩ；R14，R1710Ω；R16＝3KΩ；C1，C2，C6，C9，C10，C12，C13，C160.1μF；C3＝22μF；C5＝10μF；C7＝4.7μF；C8＝0.047μF。
權(quán)利要求1.用于計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)通信的10Mbps光纖收發(fā)器，設(shè)有一塊執(zhí)行IEEE的光纖以太網(wǎng)802.3-FL標(biāo)準(zhǔn)并采用CSMA/CD方式工作的執(zhí)行芯片，其特征在于1)執(zhí)行芯片的光纖接收輸入端Vin接光電探測器的輸出端，執(zhí)行芯片的沖突檢測輸出端COL接耦合器的沖突檢測組的初級，耦合器沖突檢測組的次級接至AUI接口的沖突端口；執(zhí)行芯片的接收端口Rx接耦合器接收組的初級，耦合器接收組的次級接AUI接口的接收端口；AUI接口的發(fā)射端口接耦合器發(fā)射組的初級，耦合器發(fā)射組的次級接執(zhí)行芯片的發(fā)射端口Tx；執(zhí)行芯片的發(fā)射輸出端TxOUT接至光電轉(zhuǎn)換組件的光發(fā)射驅(qū)動輸入端；執(zhí)行芯片的SQE端接一組信號質(zhì)量錯誤檢測選擇開關(guān)；執(zhí)行芯片的收發(fā)器工作狀態(tài)輸出端接一組收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器；光電探測器的光纖信號輸入端和光電轉(zhuǎn)換組件的光纖信號輸出端分別接光纖接口；AUI接口的電源輸出端接集成穩(wěn)壓電路；2)所說的光電探測器為PIN接收組件；3)所說的光電轉(zhuǎn)換組件為發(fā)光二極管發(fā)射組件。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)器，其特征在于執(zhí)行芯片的LMON端口與地之間串接分壓電阻，電阻的交接點(diǎn)與收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器的發(fā)光二極管一端連接，組成電源和網(wǎng)絡(luò)鏈路LED顯示電路。
3.如權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)器，其特征在于執(zhí)行芯片的COL端與JAB連接，接點(diǎn)串接一電阻，組成的“線與”門電路，與收發(fā)器工作狀態(tài)顯示器的發(fā)光二極管及電源組成沖突和超時狀態(tài)LED顯示電路。
4.如權(quán)利要求1所述的光纖收發(fā)器，其特征在于集成穩(wěn)壓電源為7805專用集成電路與降壓電阻串聯(lián)組成降壓穩(wěn)壓電路。
專利摘要涉及一種光纖收發(fā)器。執(zhí)行芯片的COL、Rx、Tx端分別接耦合器,耦合器與AUI接口連接;SQE端接選擇開關(guān);工作狀態(tài)輸出端接工作狀態(tài)顯示器,Vin端和TxOUT端分別接PIN接收組件和發(fā)射組件。接收與發(fā)射組件分別接光纖接口。AUI接口的直流電壓接降壓穩(wěn)壓電路。使傳輸速度為10Mbps,不采用晶振和時鐘定時器,抗干擾性強(qiáng),工作穩(wěn)定,成本低,用于計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)中主機(jī)、服務(wù)器、中繼器、集線器、終端機(jī)之間以及終端機(jī)之間的光互連。
文檔編號H04B10/12GK2389446SQ9924457
公開日2000年7月26日 申請日期1999年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月16日
發(fā)明者陳朝, 夏德昊, 劉寶林, 陳松巖 申請人:廈門大學(xué)