高學(xué)嚴(yán)　彭魏魏

摘要：10G誤碼測(cè)試儀是用于測(cè)量10G數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備鏈路通道質(zhì)量的一種重測(cè)試設(shè)備，是一種可靠的通信系統(tǒng)測(cè)量工具。10G誤碼測(cè)試儀被廣泛地應(yīng)用于通信設(shè)備的生產(chǎn)調(diào)試、檢驗(yàn)以及日常維護(hù)等方面。根據(jù)此功能，文章研究并設(shè)計(jì)了一種基于M451和S15040的誤碼測(cè)試儀，詳細(xì)地分析和介紹了各個(gè)模塊的工作原理。

關(guān)鍵詞：10G誤碼測(cè)試；M451；S15040

1誤碼率概述

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)通信的速度要求提出了更高的要求，由于數(shù)字通信具有容量大、速度快等優(yōu)點(diǎn)被重點(diǎn)發(fā)展，并得到廣泛應(yīng)用。目前伴隨著SFP+，XFP等10G段的通信速率光通信模塊應(yīng)用普及，也對(duì)10G段的通信測(cè)試設(shè)備提出了多要求。尤其是10G段的誤碼測(cè)試儀，因?yàn)檎`碼儀是測(cè)量數(shù)字通信可靠性的重要設(shè)備，是生產(chǎn)測(cè)試和維修測(cè)試的必要設(shè)備。

誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信通道質(zhì)量的重要參數(shù)指標(biāo)，是由誤碼測(cè)試儀通過(guò)將數(shù)據(jù)從發(fā)射端輸出經(jīng)過(guò)整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路再正確回到數(shù)據(jù)接收端的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)與發(fā)射端發(fā)射的數(shù)據(jù)總個(gè)數(shù)的比值關(guān)系算出來(lái)的，可以直接反映數(shù)據(jù)通道的通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)通信通道的可靠性。現(xiàn)有的10G段的誤碼測(cè)試儀都存在體積較大、價(jià)格昂貴、攜帶不方便等缺點(diǎn)，給生產(chǎn)測(cè)試和維修測(cè)試帶來(lái)諸多不便，尤其是在工程現(xiàn)場(chǎng)維修檢測(cè)更加困難。因此設(shè)計(jì)的這款基于M451和S15040的10G段誤碼測(cè)試儀式非常有必要的。

2測(cè)試原理及組成

2.1誤碼測(cè)試儀

誤碼測(cè)試儀，如圖1所示。

2.2測(cè)試原理

本設(shè)備以M451為主控芯片，其在系統(tǒng)中作用主要是設(shè)置數(shù)據(jù)的接收和控制系統(tǒng)工作的調(diào)度。首先接收觸摸屏界面設(shè)置過(guò)來(lái)的參數(shù)，包含測(cè)試用的偽隨機(jī)碼型、速率、測(cè)試時(shí)間和開(kāi)始啟動(dòng)信號(hào)等諸多參數(shù)，然后M451通過(guò)IIC數(shù)據(jù)總線按照測(cè)試目標(biāo)速率要求進(jìn)行配置S1514晶體振蕩器的輸出頻率，然后再通過(guò)IIC總線配置誤碼測(cè)試儀芯片S15040，讓其產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)碼，按照一定的速率輸出。S15040在接收到M451傳遞過(guò)來(lái)的啟動(dòng)指令以后會(huì)自動(dòng)根據(jù)內(nèi)部寄存器配置產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)碼如PRBs31，按照預(yù)定的目標(biāo)速率運(yùn)行并在數(shù)據(jù)輸出端輸出，偽隨機(jī)碼通過(guò)發(fā)射端的差分同軸電纜輸出到待測(cè)試設(shè)備中，帶測(cè)試設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到期發(fā)射端，由發(fā)射端將數(shù)據(jù)再通過(guò)差分同軸電纜傳到S15040接收端。S15040通過(guò)內(nèi)部集成模塊根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)判斷數(shù)據(jù)是否同步，如果同步再判斷數(shù)據(jù)和相位是否正確，最后檢測(cè)判斷誤碼情況，如果有誤碼產(chǎn)生也會(huì)將誤碼的個(gè)數(shù)保存到5個(gè)字節(jié)寄存器中，S15040也會(huì)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)總個(gè)數(shù)保存到另外5個(gè)字節(jié)寄存器中。測(cè)試過(guò)程中M451精確計(jì)時(shí)并定期從S15040讀取誤碼測(cè)試儀檢測(cè)到的誤碼個(gè)數(shù)，判斷是否有誤碼產(chǎn)生和計(jì)算誤碼率，同時(shí)在觸摸屏界面上顯示結(jié)果。

3硬件設(shè)計(jì)

Si5040是Silicon Laboratories公司高速產(chǎn)品線的產(chǎn)品。Si5040支持的模擬與數(shù)字信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)功能有多種，有模擬信號(hào)丟失（Lost of Signal，LoS）檢測(cè)、連續(xù)相同數(shù)字檢測(cè)和眼圖開(kāi)度測(cè)量功能，還提供多種回路測(cè)試功能，有線路回環(huán)測(cè)試、XFI電口回路測(cè)試等，帶有內(nèi)部PRBS7和PRBS31碼流生成和檢查功能。

Si5040可以提供的速率是9.8～11.35 Gbps連續(xù)可調(diào)。PRBS碼流有PRBS7和PRBS31兩種可選。具有靈活的串口控制，集成了IIC和SPI通信接口供選擇使用。

S1514是Silicon Laboratories公司的S1514晶體振蕩器，其輸出工作頻率范圍0.1～250 MHz，RMS抖動(dòng)低于1 ps，多種電平輸出形式，有PECL，LVDS，CMOS和CML等。集成了IIC總線接口，方便外部靈活控制其輸出頻率。

M451是新塘科技的M451系列32位微控制器，內(nèi)嵌ARMCortex-M4F處理器，擴(kuò)展了DSP功能和帶浮點(diǎn)運(yùn)算單元，最大主頻72 MHz，內(nèi)置256 kb Flash，32 kb SRAM，帶有豐富的外設(shè)如：定時(shí)器、12位ADC、12位DAC，GPIO，RTC，UART，SPI，12C，12S，PWM、模擬比較器、溫度傳感器、電壓復(fù)位和掉電檢測(cè)功能等，工作電壓：2.5～5.5V；工作溫度：-40～105℃。產(chǎn)品應(yīng)用十分廣泛。Si5040和M451硬件原理如圖2所示。

在誤碼測(cè)試儀上電時(shí)，M451首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化并進(jìn)行部分參數(shù)設(shè)置，然后等待M451進(jìn)入等待狀態(tài)，等待觸摸屏傳來(lái)的參數(shù)和指令，當(dāng)M451接收到參數(shù)和指令以后，按照觸摸屏傳遞來(lái)的參數(shù)要求分別配置S1514的輸出頻率和S15040的偽隨機(jī)碼型等參數(shù)，當(dāng)M451收到觸摸屏傳遞過(guò)來(lái)的啟動(dòng)指令后再通過(guò)IIC總線將啟動(dòng)誤碼測(cè)試儀運(yùn)行的指令傳遞到S15040，S15040接到啟動(dòng)指令后啟動(dòng)誤碼測(cè)試儀的測(cè)試功能，測(cè)試過(guò)程中M451定時(shí)500 MS讀取誤碼個(gè)數(shù)，判斷是否有誤碼產(chǎn)生，在讀取誤碼個(gè)數(shù)的同時(shí)也讀出數(shù)據(jù)總數(shù)，判斷是否有誤碼產(chǎn)生并計(jì)算誤碼率，將測(cè)試結(jié)果送到觸摸屏界面顯示。

4觸摸屏界面功能

系統(tǒng)的主界面采用觸摸屏，參數(shù)的輸入和測(cè)試結(jié)果的輸出都是通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)，設(shè)置的參數(shù)只要有偽隨機(jī)碼、速率和運(yùn)行時(shí)間，測(cè)試結(jié)束后在觸摸屏上顯示運(yùn)行時(shí)間，誤碼個(gè)數(shù)和誤碼率。通過(guò)界面按鈕可以輸入誤碼測(cè)試儀的啟動(dòng)和停止。通過(guò)文本輸入可設(shè)置碼型為PRBS7或PRBs31，速率從9.8～11.35 GHz。運(yùn)行時(shí)間實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)并顯示，運(yùn)行總時(shí)間小于等于1200小時(shí)。

5結(jié)語(yǔ)

根據(jù)生產(chǎn)和維修人員的使用情況和對(duì)本10G誤碼測(cè)試儀的使用的實(shí)際感受，可以證明本10G誤碼測(cè)試儀的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)時(shí)成功的。其體積小、成本低、運(yùn)行安全穩(wěn)定，是一款性價(jià)比極高的lOG誤碼測(cè)試儀。