基于FPGA的雙向多路信號光纖傳輸組件設計

摘要：多路信號的光纖傳輸在新型產(chǎn)品的研制中得到了越來越廣泛的應用，文章首先介紹了基于FPGA的雙向多路信號光纖傳輸組件的工作原理，在此基礎上設計了光纖傳輸組件的硬件結(jié)構(gòu)和基于FPGA的軟件結(jié)構(gòu)，設計了光驅(qū)動電路和光接收電路，最后通過實驗驗證了雙向多路信號光纖傳輸組件設計的正確性。
關鍵詞：光纖傳輸；多路信號；單纖雙向；FPGA

0 引言
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，光纖通信在產(chǎn)品研制與應用中的作用日益彰顯，某新型產(chǎn)品的研制需要傳輸大量的信號，這些信號不僅包括模擬檢測信號，還包括數(shù)字檢測信號及速率不同的普通控制信號和高速控制信號。傳輸這些信號若采用電纜通信，一方面需要使用大量的電纜，將使系統(tǒng)存在體積大、重量重的缺點，另一方面不同種類不同速率的信號采用電纜通信，存在信號之間干擾嚴重、信號失真較大、通信距離嚴重受限的不足。這樣的不足將嚴重影響系統(tǒng)的整體性能。為克服電纜通信的不足，本文介紹了一種采用光纖通信的傳輸方式，不僅實現(xiàn)了多路復雜信號的傳輸而且采用一根光纖實現(xiàn)了大容量數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

1 工作原理及分析
雙向多路信號光纖傳輸組件可分為現(xiàn)場端、控制端和傳輸光纖三部分?，F(xiàn)場端傳輸2路電壓信號和6路數(shù)據(jù)信號至控制端，同時要求控制端傳輸2路脈沖信號和6路數(shù)據(jù)信號至現(xiàn)場端。雙向多路信號光纖傳輸組件的原理框圖如圖1所示。

在圖1中，現(xiàn)場端和控制端均采用FPGA作為數(shù)據(jù)處理的核心部件，現(xiàn)場端和控制端所有外部輸入的發(fā)送信號均通過FPGA處理后變成一路電信號，該電信號經(jīng)光模塊進行電光轉(zhuǎn)換變?yōu)楣庑盘柦?jīng)光纖實現(xiàn)傳輸，接收部分則由光模塊將光信號變?yōu)殡娦盘柦?jīng)FPGA處理后輸出。對于不同信號處理的方式不同，2路電壓信號在現(xiàn)場端經(jīng)AD采樣后進入FPGA處理，通過光纖傳輸至控制端，再經(jīng)DA變換后輸出。由于FPGA外圍端口的工作電源為3．3V，其輸入端口兼容5V電平，2路5V TTL脈沖信號在控制端可直接進入FPGA處理，通過光纖傳輸至現(xiàn)場端；在現(xiàn)場端則由FPGA處理后變?yōu)?．3V TTL脈沖信號，再利用電平轉(zhuǎn)換芯片變換為5V TTL脈沖信號輸出。對于數(shù)據(jù)信號的傳輸，控制端和現(xiàn)場端各有6路輸入的數(shù)據(jù)信號和6路輸出的數(shù)據(jù)信號。與前面脈沖信號類似，對于FPGA是輸入的數(shù)據(jù)信號而言，可直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換；對于FPGA是輸出的數(shù)據(jù)信號，則需要增加一個電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，以便提高輸出信號的電平實現(xiàn)5V信號的傳輸。