基于FPGA的双向多路信号光纤传输组件设计

摘要：多路信号的光纤传输在新型产品的研制中得到了越来越广泛的应用，文章首先介绍了基于FPGA的双向多路信号光纤传输组件的工作原理，在此基础上设计了光纤传输组件的硬件结构和基于FPGA的软件结构，设计了光驱动电路和光接收电路，最后通过实验验证了双向多路信号光纤传输组件设计的正确性。
关键词：光纤传输；多路信号；单纤双向；FPGA

0 引言
随着信息技术的快速发展，光纤通信在产品研制与应用中的作用日益彰显，某新型产品的研制需要传输大量的信号，这些信号不仅包括模拟检测信号，还包括数字检测信号及速率不同的普通控制信号和高速控制信号。传输这些信号若采用电缆通信，一方面需要使用大量的电缆，将使系统存在体积大、重量重的缺点，另一方面不同种类不同速率的信号采用电缆通信，存在信号之间干扰严重、信号失真较大、通信距离严重受限的不足。这样的不足将严重影响系统的整体性能。为克服电缆通信的不足，本文介绍了一种采用光纤通信的传输方式，不仅实现了多路复杂信号的传输而且采用一根光纤实现了大容量数据的双向传输。

1 工作原理及分析
双向多路信号光纤传输组件可分为现场端、控制端和传输光纤三部分。现场端传输2路电压信号和6路数据信号至控制端，同时要求控制端传输2路脉冲信号和6路数据信号至现场端。双向多路信号光纤传输组件的原理框图如图1所示。

在图1中，现场端和控制端均采用FPGA作为数据处理的核心部件，现场端和控制端所有外部输入的发送信号均通过FPGA处理后变成一路电信号，该电信号经光模块进行电光转换变为光信号经光纤实现传输，接收部分则由光模块将光信号变为电信号经FPGA处理后输出。对于不同信号处理的方式不同，2路电压信号在现场端经AD采样后进入FPGA处理，通过光纤传输至控制端，再经DA变换后输出。由于FPGA外围端口的工作电源为3．3V，其输入端口兼容5V电平，2路5V TTL脉冲信号在控制端可直接进入FPGA处理，通过光纤传输至现场端；在现场端则由FPGA处理后变为3．3V TTL脉冲信号，再利用电平转换芯片变换为5V TTL脉冲信号输出。对于数据信号的传输，控制端和现场端各有6路输入的数据信号和6路输出的数据信号。与前面脉冲信号类似，对于FPGA是输入的数据信号而言，可直接相连，无需电平转换；对于FPGA是输出的数据信号，则需要增加一个电平转换环节，以便提高输出信号的电平实现5V信号的传输。