基于M451和S15040的lOG誤碼測試儀的設計與實現

高學嚴　彭魏魏

摘要：10G誤碼測試儀是用于測量10G數據傳輸設備鏈路通道質量的一種重測試設備，是一種可靠的通信系統測量工具。10G誤碼測試儀被廣泛地應用于通信設備的生產調試、檢驗以及日常維護等方面。根據此功能，文章研究并設計了一種基于M451和S15040的誤碼測試儀，詳細地分析和介紹了各個模塊的工作原理。

關鍵詞：10G誤碼測試；M451；S15040

1誤碼率概述

隨著社會的進步和科學技術的發展，人們對通信的速度要求提出了更高的要求，由于數字通信具有容量大、速度快等優點被重點發展，并得到廣泛應用。目前伴隨著SFP+，XFP等10G段的通信速率光通信模塊應用普及，也對10G段的通信測試設備提出了多要求。尤其是10G段的誤碼測試儀，因為誤碼儀是測量數字通信可靠性的重要設備，是生產測試和維修測試的必要設備。

誤碼率是衡量數據通信通道質量的重要參數指標，是由誤碼測試儀通過將數據從發射端輸出經過整個數據鏈路再正確回到數據接收端的數據個數與發射端發射的數據總個數的比值關系算出來的，可以直接反映數據通道的通信質量和數據通信通道的可靠性。現有的10G段的誤碼測試儀都存在體積較大、價格昂貴、攜帶不方便等缺點，給生產測試和維修測試帶來諸多不便，尤其是在工程現場維修檢測更加困難。因此設計的這款基于M451和S15040的10G段誤碼測試儀式非常有必要的。

2測試原理及組成

2.1誤碼測試儀

誤碼測試儀，如圖1所示。

2.2測試原理

本設備以M451為主控芯片，其在系統中作用主要是設置數據的接收和控制系統工作的調度。首先接收觸摸屏界面設置過來的參數，包含測試用的偽隨機碼型、速率、測試時間和開始啟動信號等諸多參數，然后M451通過IIC數據總線按照測試目標速率要求進行配置S1514晶體振蕩器的輸出頻率，然后再通過IIC總線配置誤碼測試儀芯片S15040，讓其產生相對應的偽隨機碼，按照一定的速率輸出。S15040在接收到M451傳遞過來的啟動指令以后會自動根據內部寄存器配置產生相對應的偽隨機碼如PRBs31，按照預定的目標速率運行并在數據輸出端輸出，偽隨機碼通過發射端的差分同軸電纜輸出到待測試設備中，帶測試設備將接收到的數據轉到期發射端，由發射端將數據再通過差分同軸電纜傳到S15040接收端。S15040通過內部集成模塊根據時鐘信號判斷數據是否同步，如果同步再判斷數據和相位是否正確，最后檢測判斷誤碼情況，如果有誤碼產生也會將誤碼的個數保存到5個字節寄存器中，S15040也會將檢測到的數據總個數保存到另外5個字節寄存器中。測試過程中M451精確計時并定期從S15040讀取誤碼測試儀檢測到的誤碼個數，判斷是否有誤碼產生和計算誤碼率，同時在觸摸屏界面上顯示結果。

3硬件設計

Si5040是Silicon Laboratories公司高速產品線的產品。Si5040支持的模擬與數字信號質量監測功能有多種，有模擬信號丟失（Lost of Signal，LoS）檢測、連續相同數字檢測和眼圖開度測量功能，還提供多種回路測試功能，有線路回環測試、XFI電口回路測試等，帶有內部PRBS7和PRBS31碼流生成和檢查功能。

Si5040可以提供的速率是9.8～11.35 Gbps連續可調。PRBS碼流有PRBS7和PRBS31兩種可選。具有靈活的串口控制，集成了IIC和SPI通信接口供選擇使用。

S1514是Silicon Laboratories公司的S1514晶體振蕩器，其輸出工作頻率范圍0.1～250 MHz，RMS抖動低于1 ps，多種電平輸出形式，有PECL，LVDS，CMOS和CML等。集成了IIC總線接口，方便外部靈活控制其輸出頻率。

M451是新塘科技的M451系列32位微控制器，內嵌ARMCortex-M4F處理器，擴展了DSP功能和帶浮點運算單元，最大主頻72 MHz，內置256 kb Flash，32 kb SRAM，帶有豐富的外設如：定時器、12位ADC、12位DAC，GPIO，RTC，UART，SPI，12C，12S，PWM、模擬比較器、溫度傳感器、電壓復位和掉電檢測功能等，工作電壓：2.5～5.5V；工作溫度：-40～105℃。產品應用十分廣泛。Si5040和M451硬件原理如圖2所示。

在誤碼測試儀上電時，M451首先對系統進行初始化并進行部分參數設置，然后等待M451進入等待狀態，等待觸摸屏傳來的參數和指令，當M451接收到參數和指令以后，按照觸摸屏傳遞來的參數要求分別配置S1514的輸出頻率和S15040的偽隨機碼型等參數，當M451收到觸摸屏傳遞過來的啟動指令后再通過IIC總線將啟動誤碼測試儀運行的指令傳遞到S15040，S15040接到啟動指令后啟動誤碼測試儀的測試功能，測試過程中M451定時500 MS讀取誤碼個數，判斷是否有誤碼產生，在讀取誤碼個數的同時也讀出數據總數，判斷是否有誤碼產生并計算誤碼率，將測試結果送到觸摸屏界面顯示。

4觸摸屏界面功能

系統的主界面采用觸摸屏，參數的輸入和測試結果的輸出都是通過觸摸屏實現，設置的參數只要有偽隨機碼、速率和運行時間，測試結束后在觸摸屏上顯示運行時間，誤碼個數和誤碼率。通過界面按鈕可以輸入誤碼測試儀的啟動和停止。通過文本輸入可設置碼型為PRBS7或PRBs31，速率從9.8～11.35 GHz。運行時間實時計時并顯示，運行總時間小于等于1200小時。

5結語

根據生產和維修人員的使用情況和對本10G誤碼測試儀的使用的實際感受，可以證明本10G誤碼測試儀的設計和開發時成功的。其體積小、成本低、運行安全穩定，是一款性價比極高的lOG誤碼測試儀。