DH/SONET專用接口芯片PM5342的基本性能特性及應(yīng)用分析

光同步數(shù)字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy）是新一代的傳輸網(wǎng)體制。它有效地結(jié)合了高速大容易光纖傳輸技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不僅充分顯現(xiàn)出光纖通信容量大、抗干擾能力強、保密性好、傳輸距離遠等優(yōu)點，而且突現(xiàn)出其復(fù)分接簡單、管理信息豐富、組網(wǎng)方式靈活等技術(shù)優(yōu)越性，自二十世紀90年代初出現(xiàn)以來得到了迅速發(fā)展。

PMC-Sierra公司的PM5342 SPECTRA-155是一款新型的SDH/SONET專用接口芯片，可用來實現(xiàn)STS-1（STM-0/AU3）及STM-1幀中的凈荷提取及定位功能。該芯片具有較高的集成度，將定時提取模塊、串/并轉(zhuǎn)換模塊、段開銷處理模塊及通道開銷處理模塊等集成到一起，功能非常強大。實踐證明該芯片性能可靠、使用方便，是開發(fā)SDH產(chǎn)品的較優(yōu)選擇。

為便于理解PM5342的功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在此以STM-1為例對SDH的幀結(jié)構(gòu)作一簡單介紹。SDH采用的是以字節(jié)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)安排如圖1所示。

如圖所示，STM-1的幀結(jié)構(gòu)是9行×270列的塊狀幀結(jié)構(gòu)。其中，RSOH為再生段開鎖；SMOH為復(fù)用段中縱向前9列為管理單元指針；POH為通路開銷。圖中縱向前9列橫向第1至第3行和長經(jīng)5至第9行的72個字節(jié)全部分配給段開銷。

本文將介紹PM5342的功能特性及其使用中應(yīng)注意的問題，并給出一個PM5342在SDH凈荷處理系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。

1 SDH/SONET凈荷提取/定位芯片PM5342

1.1 PM5342的主要特性

·用于STS-1（STM-0/AU3）、STM-1/AU3（STS-3）及STM-1/AU4（STS-3c）信號的凈荷提取/定位，根據(jù)工作模式的不同，分別提代速率為19.44Mb/s、38.44Mb/s或51.84Mb/s的系統(tǒng)端并行數(shù)據(jù)接口。

·終結(jié)STS-1及STM-1幀中的所有段開銷以及高階通道開銷，根據(jù)工作模式的不同，提供速率為51.84Mb/s或155.52Mb/s的線路端串行數(shù)據(jù)接口；

·SDH每一幀中的全部段開銷字節(jié)可通過一個串行輸出端口提取/接入，其中的公務(wù)字節(jié)E1、E2，使用者通路F1，數(shù)據(jù)通信通路D1～D3、D4～D12以及自動保護護倒換通路K1、K2還有各自的串行提取/接入端口；

·提供靈活多樣的開銷接入方式，或者由芯片產(chǎn)生，或者插入芯片內(nèi)部寄存器的值，或者通過引腳接入；

·內(nèi)部集成有定時提取模塊，可通過155.52Mb/s的串行接口直接與光收發(fā)模塊連接；

·線路端有STS-1、STM-1/AU3及STM-1/AU4等多種工作模式，通過訪問內(nèi)部寄存器來設(shè)定；系統(tǒng)端也有字節(jié)Telecombus、半字節(jié)Telecombus及串行Telecombus等多種工作模式，通過專門的模式引腳來設(shè)定；

·把三路串行數(shù)據(jù)流（例如幀中繼或以太網(wǎng)凈荷等）獨立映射入單路STS-1（STM-0/AU3）或STM-1/AU3凈荷；

·支持線路環(huán)回和測試環(huán)回的工作模式，以便對芯片進行靈活的配置管理和故障診斷；

·提供一個通用的八位微處理器接口來完成5342的初始化配置、工作控制以及狀態(tài)監(jiān)測；

·采用集成CMOS工藝，+5V供電低功耗器件，輸入兼容PECL和TTL電平，輸出為TTL電平；

·256腳SBGA（Super Ball Grid Array）封裝。

1.2 PM5342內(nèi)部結(jié)構(gòu)

PM5342的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2，大體上可以為三部分：接收部分、發(fā)送部分及控制部分。接收部分主要包括：時鐘恢復(fù)模塊CRSI或CDR、接收端再生段開銷處理模塊RSOP（Rz Section O/H Processor）、接收端復(fù)用段開銷處理模塊RLOP（Rx Line O/H Processor）、接收端高階通道開銷處理模塊RPOP（Rx Path O/H Processor）以及接收端Telecombus定位校準模塊RTAL（Rx Telecom Ailgner）等；發(fā)送部分主要包括：發(fā)送端Telecombus定位校準模塊TTAL（Tx Telecom Alignet）、發(fā)送端高階通道開銷處理模塊TPOP（TxPath O/H Processor）、發(fā)送端復(fù)用段開銷處理模塊TLOP（Tx Line O/H Processor）、發(fā)送端再生段開銷處理模塊TSOP（Tx Section O/H Processor）以及時鐘綜合模塊CSPI（Clock Synthesis）等；控制部分提供一個可兼容Intel和Motorola總線模式的8位微處理器接口，以便對內(nèi)容寄存器進行訪問。

相應(yīng)的芯片對外部提供接收通道端口及發(fā)送通道端口。接收通道端口包括：串行155.52Mb/s數(shù)據(jù)接收端口RXD+/-，段開銷取出端口RTOH、RSUC、RSOW、RLOW、RSLD、RLD等，高階通道開銷取出端口RPOH［3:1］以及凈荷取出端口DD［7:0］；發(fā)送通道端口包括：串行155.52Mb/s數(shù)據(jù)發(fā)送端口TXD+/-，段開銷接口入端口TTOH、TSUC、TSOW、TLOW、TSLD、TLD等，高階通道開銷接入端口TPOH［3:1］以及凈荷接入端口［7:0］。

1.3 工作時序

了解PM5342的工作時序是利用它進行正確設(shè)計的重要前提，現(xiàn)將其較為重要的工作時序作一簡單介紹。

1.3.1 段開銷的提取與接入時序

以STM-1/AU4段開銷的接入時序圖為例進行介紹。

圖3中TTOH引腳輸入的信號是5.184Mb/s的串行比特流，由該引腳接入SDH幀中的再生段開銷、AUPTR和復(fù)用段開銷；由TTOHEN引腳輸入的是段開銷接入使能信號，如果在某一TTOH字節(jié)的最高位輸入時TTOHEN為高，則將該字節(jié)的值接入發(fā)送通道相應(yīng)SDH幀中的對應(yīng)位置，否則將在該位置接入芯片默認值；TTOHCLK引腳輸出的是5.184MHz的時鐘信號，在該時鐘脈沖的上升沿對TTOH和TTOHEN輸入信號進行采樣；TTOHFP引腳輸出在TTOHCLK的下降沿刷新，指示幀頭A1字節(jié)，以上四者協(xié)同作用完成段開銷的接入。

1.3.2 凈荷的提取/接入時序

以工作在字節(jié)Telecombus模式下STM-1/AU4凈荷的提取為例進行介紹。

圖4中DD［7:0］總線輸出為19.44Mb/s的STM-1凈荷；DPL輸出為凈荷指示信號，DPL為高時表示此時DD［7:0］輸出為凈荷VC4，否則為段開銷或AUPTR；DC1J1V1輸出與DPL信號協(xié)同同作用以標志STM識別符C1以及高階通道蹤跡字節(jié)J1；DCK輸入為19.44MHz的時鐘信號，DD［7:0］、DPL和DC1J1V1在DCK的上升沿刷新；DFP輸入為幀頭指示信號。以上諸信號協(xié)同作用完成STM-1/AU4凈荷的提取。

1.4 中斷特性

PM5342只有一個中斷請求引腳INTB，但是它能反映芯片內(nèi)部超過200個可屏蔽中斷源的中斷請求。PM5342的中斷管理是一種層次式結(jié)構(gòu)，INTB之下有頂層中斷與底層中斷，它們的狀態(tài)都用相應(yīng)內(nèi)部寄存器中的相應(yīng)位來反映。INTB之下的各頂層中斷之間、某一頂層中斷屬下的底層中斷之間都是“或”的關(guān)系。

PM5342中斷層次結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，位于中斷層次圖根據(jù)部的是中斷源。通常中斷源的狀態(tài)用相關(guān)的內(nèi)部寄存器中的某一比特位來反映，稱為中斷源狀態(tài)位（“V”比特）?！癡”比特實時地反映中斷源的狀態(tài)，沒有相應(yīng)的“V”比特的中斷源會用其它方式報告自己的狀態(tài)。每一個中斷源在其相關(guān)的內(nèi)部寄存器中都有相應(yīng)的中斷請求標志位（“I”比特）。當中斷事件發(fā)生時，“I”比特被置位并鎖定，直到中斷被處理（即該“I”比特所在的內(nèi)部寄存器被CPU讀）后才清零。為了屏蔽無關(guān)中斷請求，每一個中斷請求標志位都有一相應(yīng)的中斷允許控制比特（“E”比特）。當“E”比特被置位時，相應(yīng)的“I”比特才對INTB或高層中斷有貢獻；否則，該中斷請求被屏蔽。

現(xiàn)以LOS告警引起的中斷為例來作一具體說明：中斷源LOS在內(nèi)部寄存器中有一相應(yīng)的中斷源狀態(tài)位LOSV實時反映該中斷源的狀態(tài)。當檢測到LOS告警時，LOSV置位；當LOSV狀態(tài)改變時，中斷事件發(fā)生，LOSI被置位；如果此時LOSE已被置位，則LOSI對其高層中斷RSOPI有貢獻。如果此時ROSPE也已被置位，則芯片將通過INTB引腳發(fā)出中斷請求；否則LOSI仍然反映LOSV的改變，但對INTB卻沒有貢獻。

許多常用的中斷一般都還有一個輔助中斷（Auxiliary Interupts），即在另一內(nèi)部寄存器中有第二個中斷請求標志位（“I”比特）以及獨立于主中斷的中斷允許控制位（“E”比特）。輔助中斷的請求標志位直接對INTB有貢獻，而且它的清除方式也不同于主中斷，對其所有寄存器的讀操作并不會把該標志位清零，而必須由CPU通過寫操作清零。

2 PM5342使用中應(yīng)注意的關(guān)鍵問題

·該芯片內(nèi)部兼有模擬電路和數(shù)字電路兩部分，為了減少兩類電路間的干擾以保證芯片正常工作，在進行PCB設(shè)計時必須把模擬電源/地與數(shù)字電源/地分開；

·電源去耦對于高速電路設(shè)計極為關(guān)鍵，尤其是PM5342內(nèi)部有著極為敏感的模擬電路。建議對每一模擬電源引腳單獨去耦以避免噪聲在各電源引腳間耦合，在適當?shù)那闆r下可以采用簡化的去耦方案。以下5組模擬電源引腳必須要獨立去耦；

#1 TAVD2

#2 RAVD2

#3 TAVD1，3，4

#4 RAVD1，3

#5 QAVD1，2，3

·高速信號線RXD+/-和TXD+/-（155.52Mb/s）應(yīng)當作微帶傳輸線來考慮，并且必須要端接匹配負載。

3 PM5342在SDH系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例

筆者利用PM5342芯片自行設(shè)計了相關(guān)電路，實現(xiàn)STM-1凈荷處理系統(tǒng)的接口功能。其系統(tǒng)框圖如圖6所示（虛線框內(nèi)為筆者自行設(shè)計實現(xiàn)的部分）。

圖中光收發(fā)模塊采用的是武漢光通信公司的RTXM-155芯片，在接收方向上經(jīng)RTXM-155完成光電變換，送出155.52Mb/s的電信號，進入PM5342的串行數(shù)據(jù)輸入端口RXD+/-。該光收發(fā)模塊還對光接收信號的功率進行檢測，低于閾值功率時送出光發(fā)送失效告警信號。

經(jīng)光電變換后的STM-1全幀信號進入PM5342的接收通道，經(jīng)過時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)、串/并轉(zhuǎn)折我、幀定位、BIP-8運算及比較、解擾碼、段開銷與通道開銷處理、指針解釋與調(diào)整以及通道凈荷定位等處理功能后，STM-1凈荷由總線DD［7:0］提取，送入凈荷處理系統(tǒng)。經(jīng)段開銷處理模塊時，STM-1的段開銷信號由PM5342的RTOH引腳提取，送入XILINX公司的FPGA芯片XC2S50，根據(jù)凈荷處理系統(tǒng)的要求，對TTOH作緩存以實現(xiàn)部分段開銷的透明傳，如D1～D3、E1、E2及F1等字節(jié)。另外，F(xiàn)PGA需對TTOHEN信號的時序特性作適當處理，使得在某些段開銷（TTOH信號）字節(jié)的對應(yīng)位TTOHEN為低，以保證這些字節(jié)的接入值由芯片自身來產(chǎn)生，而非由TTOH引腳接入，如A1、A2、B1、B2等字節(jié)。處理之后的凈荷由總線AD［7:0］進入PM5342的發(fā)送通道，先進行凈荷定位，再進入開銷處理模塊，此時FPGA送出的段開銷經(jīng)PM5342的TTOH腳接入，之后進行擾碼處理、作BIP-8運算、并/串轉(zhuǎn)換及時鐘綜合，最終由PM5342的串行數(shù)據(jù)輸出端口TXD+/-輸出至光收發(fā)模塊RTXM-155，經(jīng)電光變換，恢復(fù)為STM-1全幀光信號繼續(xù)在SDH網(wǎng)上傳輸。

本接口電路中單片機89C52有雙重作用，一方面作為本接口電路的控制核心，對PM5342進行初始化，通過檢測5342的中斷請求引腳INTB來監(jiān)控5342的工作情況，及時地對失光告警、失幀告警及線路告警等異常工作狀態(tài)作出響應(yīng)保證系統(tǒng)的正常工作；另一方面，該單片機受凈荷處理系統(tǒng)中的主單片機的控制，通過串口與之通信，接收主機查詢并報告重大異常，以方便主系統(tǒng)的及時處理。

以SDH接口芯片PM5342為核心設(shè)計了STM-1凈荷處理系統(tǒng)的接口電路，實踐證明其控制靈活，外圍電路簡單，較好地實現(xiàn)了預(yù)期功能。

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