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構和基于FPGA的軟件結構，設計了光驅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
隨著信息技術的快速發展，光纖通信在產品研制與應用中的作用日益彰顯，某新型產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，不僅實現了多路復雜信號的傳輸而且采用一根光纖實現了大容量數據的雙向傳輸。

1 工作原理及分析
雙向多路信號光纖傳輸組件可分為現場端、控制端和傳輸光纖三部分。現場端傳輸2路電壓信號和6路數據信號至控制端，同時要求控制端傳輸2路脈沖信號和6路數據信號至現場端。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，現場端和控制端均采用FPGA作為數據處理的核心部件，現場端和控制端所有外部輸入的發送信號均通過FPGA處理后變成一路電信號，該電信號經光模塊進行電光轉換變為光信號經光纖實現傳輸，接收部分則由光模塊將光信號變為電信號經FPGA處理后輸出。對于不同信號處理的方式不同，2路電壓信號在現場端經AD采樣后進入FPGA處理，通過光纖傳輸至控制端，再經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，通過光纖傳輸至現場端；在現場端則由FPGA處理后變為3．3V TTL脈沖信號，再利用電平轉換芯片變換為5V TTL脈沖信號輸出。對于數據信號的傳輸，控制端和現場端各有6路輸入的數據信號和6路輸出的數據信號。與前面脈沖信號類似，對于FPGA是輸入的數據信號而言，可直接相連，無需電平轉換；對于FPGA是輸出的數據信號，則需要增加一個電平轉換環節，以便提高輸出信號的電平實現5V信號的傳輸。