专利名称：用于计算机以太网通信的10Mbps光纤收发器的制作方法
技术领域：
本发明创造涉及一种光纤收发器。
以太网(Ethernet)是目前使用最广泛的局域网(LAN)技术。据统计，1996年全球范围内其结点已达4000万个以上，它主要应用在几公里范围内的校园、医院、机场、工厂、公司、政府机关办公自动化等局域网，它具有传输速率高、网络软件丰富、系统功能强、安装连接简单、升级容易和使用维护方便等优点。以太网是以带有冲突检测的载波侦听多路存取(Carrier Sense Multiple Access With Collission Detect)方式(以下简称CSMA/CD方式)工作，执行IEEE(电气电子工程师协会)802.3标准(1985年公布的802项目局域网标准)。以太网有不同的传输物理介质，其中以光纤为传输物理介质的以太网10BASE-F具有抗干扰、低损耗、传输距离远(≥2Km)、传输速率高(可达10、100、1000Mbps)等优点，非常适合于相距较远的网站之间的光互连。90年代提出的10BASE-FL标准用于取代80年代初制定的10BASE-FOIRL(Fiber Optic Inter-RepeaterLink)光纤中继器间连接标准，可在相距2Km的两个设备之间构造全双工连接段。
本发明创造的目的在于提供一种用于计算机以太网通信，传输速率为10Mbps的光纤收发器，它可用于主机、服务器、中继器、集线器、终端机之间以及终端机与终端机之间的光互连，多模光纤传输距离达2Km。
本光纤收发器设有一块执行IEEE的光纤以太网802.3-FL标准并采用CSMA/CD方式工作的执行芯片。该执行芯片的接收输入端Vin接一个光电探测放大组件的输出端；执行芯片的冲突检测输出端COL接阻抗匹配的耦合器的冲突检测组的初级，耦合器冲突检测组的次级接至接入单元接口(Attachment Unit Inteface，简称AUI接口)的冲突端口；执行芯片的终端机接收端口Rx接耦合器接收组的初级，耦合器接收组的次级接AUI接口的接收端口；AUI接口的发射端口接耦合器发射组的初级，耦合器发射组的次级接执行芯片的终端机发射端口Tx；执行芯片的发射输出端TxOUT接至发光二极管发射组件的光发射驱动输入端；执行芯片的SQE(信号质量错误)端接一组信号质量错误检测选择开关；执行芯片的收发器工作状态输出端接一组收发器工作状态显示器；光电探测放大组件的光纤信号输入端和发光二极管发射组件的光纤信号输出端分别接光纤接口；AUI接口的电源输出端接集成稳压电路，以提供收发器所需电源；AUI接口外接主机或其它终端设备，由此实现主机AUI接口和两个光纤接口的光信号转换。所说的执行芯片的LMON端口与地之间串接分压电阻，电阻的交接点与收发器工作状态显示器的发光二极管一端连接，组成电源和网络联络LED显示电路；而COL端与JAB端连接，接点串接一电阻，组成“线与”门电路，与收发器工作状态显示器的发光二极管及电源组成冲突和超时状态LED显示电路。所说的光电探测放大组件与发光二极管发射组件分别采用PIN接收组件和发光二极管发射组件。
所说的集成稳压电源采用7805专用集成电路与降压电阻串联构成降压稳压电路。
本收发器选用执行CSMA/CD方式工作和IEEE 802.3-FL标准的执行芯片，可实现主机AUI接口和多模光纤接口的光电信号的转换，并具有全双工功能，能提供驱动光纤发光二极管精确的工作电流，从而获得精确发射功率。其次，由于充分利用执行芯片的特性，不采用晶体振荡器和时钟定时器，而是利用执行芯片的LMON脚与发光二极管、电阻、电源组成电源和网络链路LED显示电路；利用执行芯片的XMT、RCV、COL、JAB和LMON5只管脚为该集成电路内集电极开路的特性，让COL脚和JAB脚相连接并串联一个电阻，构成“线与”门电路，既节省了元器件，又实现收发器的网络状态显示功能。另外，本收发器不采用该执行芯片说明指南所推荐的DC-AC-DC转换稳压电源线路，而是直接采用7805专用集成电路和电阻串联构成的DC-DC降压稳压电路，不但防止了通常稳压线路在DC-AC-DC转换过程中的电磁干扰，而且减少了功耗与发热，还减少了元件，提高了稳定性，降低了成本。本收发器可用于以太网中主机、服务器、中继器、集线器、终端机之间以及终端机和终端机之间的光互连，信号传输速率为10Mbps，多模光纤传输最大距离2Km，发射光耦合功率为-16.4dBm(60/125μm光纤)，典型的探测最小灵敏度为0.8μw(62.5μm纤径)。
图1为本光纤收发器的结构方框图。
图2为本光纤收发器的外观图。
图3为本光纤收发器的电路原理图。
图4为电源和网络联络LED显示电路原理图。
图5为冲突和超时状态LED显示电路原理图。
如图1～3所示，10Mbps光纤收发器由主机AUI接口D1、耦合器U2、IEEE 802.3-FL标准执行芯片U1、PIN接收组件HF1、LED发射组件HF2、SQE选择开关S1、收发器工作状态显示器LEDs、DC-DC转换集成稳压电路U3、印刷电路版及外壳1、光纤接口2、电源接口3组成。光纤信号从接收组件HF1的IN输入，经转换后的光信号又从发射组件HF2的OUT输出。AUI接口D1(DB15)的冲突、接收、发射端口分别与耦合器U2(ST-7033)的冲突检测组次级、接收组次级、发射组初级连接。耦合器的冲突检测组初级、接收组初级、发射组次级分别与执行芯片U1(ML 4663 CQ)的COL、Rx、Tx端，执行芯片的SQE端连接一组信号质量错误检测选择开关S1。执行芯片的Vin端接SiPIN结构的光电探测器即PIN接收组件HF1(HFD 3221)的输出端；执行芯片的Tx-OUT端接光电转换组件HF2(选用AlGaAs异质结发光二极管发射组件HFE 4218)的光发射驱动输入端。执行芯片的5个LEDs管脚(XMT、RCV、LMON、COL、JAB)连接一组收发器工作状态显示器。
为了充分利用ML 4663CQ集成电路执行芯片在电路中可不采用晶体振荡器和时钟定时器的性能，节省元器件，因此由执行芯片的LMON脚构成如图4所示的电源和网络联络LED显示电路，由U1的LMON端串接电阻R9、R16。当LED1发较低亮度时，表明光纤收发器的电源部分工作正常，此时+5V的直接电压经LED1并通过R16到地，使LED1发较低亮度的光；当LED1发较高亮度时，表明收发器网络链路正常，此时U1的LMON端处于低电平，收发器接收空载信号。
为了利用U1的5个LEDs端为该芯片内晶体管集电极开路的特性，可让COL脚与JAB脚相连接再串接电阻R15(参见图5)，构成“线与”门电路。当U1的COL脚或JAB脚处于低电平时，+5V的直流电压经过发光二极管LED4、R15到U1的COL脚或JAB脚，使LED4发亮，这表明收发端的网络处于冲突或者超时状态；当U1的COL脚或JAB脚处于高电平时，+5V的直流电压不能使电流经LED4，因而LED4不亮，这表明收发器的网络没有出现冲突或超时。此外，+5V经过LED2和R11与U1的XMT脚串联，当LED2发亮时，表明收发器处于发射状态；+5V经过LED3和R12与U1的RCV脚串联，当LED2发亮时，表明收发器处于接收状态。
收发器的电源部分没有采用ML 4663 CQ芯片说明指南所推荐的DC--AC--DC转换稳压电路，而直接采用专用集成电路U3(7805)和电阻R17串联构成的降压稳压电路，防止了通常稳压线路在DC-AC-DC转换过程中的电磁干扰，并且减了功耗，从而减少了发热，并降低了成本。这样，含有AUI接口的设备(如主机、服务器、中继器、集线器或网卡等)通过AUI接口提供直流电源给收发器的集成稳压电路。
工作时，U1产生1MHz的空载信号，侦听网络总线上是否有信息在传送，若总线“忙”，则推迟发射信息，继续侦听；若侦听网络总线没有信息传送，则立即发送信息并探测总线上是否有冲突产生，为此U1产生10MHz选通振荡信号用于检测冲突、信号质量错误和阻塞。若检测到有冲突发生，则立即停止发送信息，并随即发送强化冲突的阻塞信号，以使所有站点都能检测到冲突；发送阻塞信号后，需要等待一个随机时间，然后又重复上述步骤。
本收发器的信号传输速率为10Mbps，多模光纤传输最大距离为2Km，发射光耦合功率为-16.4dBm(60/125μm光纤)，典型的探测最小灵敏度为0.8μw(62.5μm纤径)，可实现AUI端口和ST多模光纤口的光电信号的转换。
本收发器的电感和阻容元件采用贴片式，其中L1＝L2＝4.7μH；R1～R4360Ω；R5＝78Ω；R6＝470Ω；R7＝162Ω；R8＝62Ω；R9～R12，R151KΩ；R14，R1710Ω；R16＝3KΩ；C1，C2，C6，C9，C10，C12，C13，C160.1μF；C3＝22μF；C5＝10μF；C7＝4.7μF；C8＝0.047μF。
权利要求1.用于计算机以太网通信的10Mbps光纤收发器，设有一块执行IEEE的光纤以太网802.3-FL标准并采用CSMA/CD方式工作的执行芯片，其特征在于1)执行芯片的光纤接收输入端Vin接光电探测器的输出端，执行芯片的冲突检测输出端COL接耦合器的冲突检测组的初级，耦合器冲突检测组的次级接至AUI接口的冲突端口；执行芯片的接收端口Rx接耦合器接收组的初级，耦合器接收组的次级接AUI接口的接收端口；AUI接口的发射端口接耦合器发射组的初级，耦合器发射组的次级接执行芯片的发射端口Tx；执行芯片的发射输出端TxOUT接至光电转换组件的光发射驱动输入端；执行芯片的SQE端接一组信号质量错误检测选择开关；执行芯片的收发器工作状态输出端接一组收发器工作状态显示器；光电探测器的光纤信号输入端和光电转换组件的光纤信号输出端分别接光纤接口；AUI接口的电源输出端接集成稳压电路；2)所说的光电探测器为PIN接收组件；3)所说的光电转换组件为发光二极管发射组件。
2.如权利要求1所述的光纤收发器，其特征在于执行芯片的LMON端口与地之间串接分压电阻，电阻的交接点与收发器工作状态显示器的发光二极管一端连接，组成电源和网络链路LED显示电路。
3.如权利要求1所述的光纤收发器，其特征在于执行芯片的COL端与JAB连接，接点串接一电阻，组成的“线与”门电路，与收发器工作状态显示器的发光二极管及电源组成冲突和超时状态LED显示电路。
4.如权利要求1所述的光纤收发器，其特征在于集成稳压电源为7805专用集成电路与降压电阻串联组成降压稳压电路。
专利摘要涉及一种光纤收发器。执行芯片的COL、Rx、Tx端分别接耦合器,耦合器与AUI接口连接;SQE端接选择开关;工作状态输出端接工作状态显示器,Vin端和TxOUT端分别接PIN接收组件和发射组件。接收与发射组件分别接光纤接口。AUI接口的直流电压接降压稳压电路。使传输速度为10Mbps,不采用晶振和时钟定时器,抗干扰性强,工作稳定,成本低,用于计算机以太网中主机、服务器、中继器、集线器、终端机之间以及终端机之间的光互连。
文档编号H04B10/12GK2389446SQ9924457
公开日2000年7月26日 申请日期1999年9月16日 优先权日1999年9月16日
发明者陈朝, 夏德昊, 刘宝林, 陈松岩 申请人:厦门大学