从高速PCB设计仿真来看10GE光模块的协议

高速先生成员--周伟

上期的文章聊聊1.6T光模块的仿真中做了本期的预告,本期文章开始我们主要聊一下光模块相关的协议,以及怎么从协议里找到我们关心的具体指标。闲话少说,直接上干货。

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我们在光模块分类这篇文章中提到了有很多种光模块,因此也对应了很多种不同的协议,但为了不让大家太迷惑,我们特意收缩下范围,计划主要集中讲我们常用的几个协议,所以目前来看我们主要有10Gbps、25/28Gbps、56G-PAM4和112G-PAM对应的协议。接下来我们就针对性的来说说这几种信号的协议吧。

针对10Gbps的光口,我们主要的信号就是SFP+、XFP等,参考的协议主要有SFF8431、10GBase-R和Fiber Channel(10GFC)等,不管是哪个协议基本上都是定义了系统的要求,也就是Host和Module一起。一般10GE光口我们参考SFF8431的协议会比较多,下面就以这个协议来举例说明。在这个协议里面,我们基本没有看到直接有对模块本身的插损要求,只有分段回损要求,另外10G光口的测试上也是结合MCB和HCB来一起看的,大致如下图所示。

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基本上按照3种不同的段来进行分段指标要求,一个是Host+HCB的指标,此时是看B和C点的指标要求,其中B点为Host经过HCB输出的端口,这个点对应光模块的B’,也就是从MCB进入模块的端口;C点为进入HCB到Host主板这个点的端口,同时也对应光模块测试点的C’,从光模块的输出到MCB的端口;还有就是A、D两个

### FPGA 实现万兆以太网接口 对于FPGA实现10G以太网接口的设计,通常涉及多个模块协同工作来处理高速数据传输。这类设计不仅依赖于硬件描述语言(HDL),如Verilog或VHDL编写逻辑电路,还需要特定IP核的支持以及遵循相应的协议标准。 #### 使用Xilinx Vivado创建10GE IP Core实例 在现代FPGA开发环境中,制造商提供了预构建的知识产权(IP)核心用于简化复杂功能的集成。例如,在Xilinx平台下可以利用其提供的`XAUI`或者`Ten Gigabit Ethernet MAC` IP core快速搭建起基础框架[^1]。 ```verilog // Xilinx 10GbE MAC instantiation template snippet module top ( input wire clk_156m25, output wire [7:0] tx_data, input wire [7:0] rx_data, ... ); ten_gig_eth_mac your_instance_name ( .gtx_clk(clk_156m25), // IN .tx_axis_tdata(tx_data), // OUT .rx_axis_tdata(rx_data), // IN ... // other ports omitted for brevity ); endmodule ``` 此代码片段展示了如何通过调用Xilinx官方提供的MAC层IP完成基本连接配置。实际项目中还需考虑PHY物理层适配、MDIO管理接口设置等问题。 #### Altera/Intel Stratix系列中的10Gbps收发器应用案例 针对Altera(已被英特尔收购)的产品线,则有专门面向Stratix V/SOC等高端型号优化过的硬核(Hard IP),可以直接应用于PCIe Gen3 x8链路或是SFP+/QSFP+光模块互联场景之中。 ```vhdl -- VHDL example for Intel's Hard IP Transceiver Wrapper entity declaration library altera; use altera.altera_xcvr_functions.all; entity hssi_tx is port( refclk : in std_logic; -- Reference Clock Input reset_n : in std_logic; -- Reset Signal (active low) data_in : in std_logic_vector(63 downto 0); -- Data stream into transceiver ... ); end entity hssi_tx; ``` 上述VHDL代码定义了一个基于Intel HSSI技术的数据发送端实体声明部分,具体参数可根据需求调整并配合相应PLL锁相环组件一起使用以满足不同应用场景下的时钟同步要求。 #### 测试与验证方法论 当完成了初步编码之后,应当借助仿真工具进行全面的功能测试,并结合板级调试手段确保整个系统的稳定性和可靠性。这期间可能涉及到PCB布局布线指导原则的应用、信号完整性分析(SI)、电源噪声抑制措施等方面的工作[^2]。
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