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SDH净荷提取/定位处理芯片PM5313及其应用
摘要：介绍了SDH净荷提取/定位处理芯片PM5313的主要功能特性、内部结构以及使用中的注意事项，并通过一个实际的净荷处理系统接口的例子阐述其应用。关键词：SDH PM5313 净荷
数字同步系列SDH作为新一代的传输体制和标准，经过一系列的完善、发展，迄今已形成了一个完整的全球统一的数字通信标准。相对于准同步系列PDH，SDH具有组网简单经济、互连方便、管理功能强大、兼容性好等优点。因此，SDH正逐步取代PDH。
SDH信号以帧的形式传输，其帧结构为二维矩阵，如图1所示。
SDH帧是由9行270×N列字节组成的。前9×N列为开销字节和指针字节，1～3行是再生段开销（RSOH），5～9行是复用段开销（MSOH），第4行是AU指针（AUPTR）。图中右半边，也就是从10×N列到270×N列为净荷（PAYLOAD）区，其中包括了通道开销。N是SDH信号的速率等级，最基本的等级是STM-1信号，往上依次为STM-4、STM-16、STM-64等信号。PM5313是专门处理STM-4信号的芯片，其速率为622.08Mbit/s。
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1 622Mbit/s SDH净荷提取/定位芯片PM5313
1.1 PM5313的主要特性
·兼容STS-12(STM-4/AU3或STM-4/AU4)或STS-12c(STM-4/AU4-4c)等多种信号，线路端提供串行和并行两种接口，串行速度为622.08Mbit/s，并行速率为77.76Mbit/s。
·提供完整的时钟、数据恢复和时钟综合，直接从接收到的信号中提取时钟信息。当外部时钟性能较好时，可将时钟恢复功能屏蔽，直接使用外部时钟源。
·完全终结SDH/SONET的再生开销、复用段开销和通道开销。提供三种信号通道：12个STS-1信号通道、4个STS-3/3c（STM-1/AU3/AU4）信号通道和一个独立的STS-12c(STM-4/AU4-4c)信号通道。
·开销字节的引出和接入灵活方便，既可将全部开销字节从一个接口引出或接入，也可将每一类开销由特定的接口引出或接入；开销字节既可由芯片内部产生，也可由外部引脚接入。
·提供DS3映射口。
·采用线路端并行收发方式，可用于OC-48设备的前端连接。
·提供线路环回、系统环回、测试环回等多种信号环回模式，便于对芯片进行灵活配置和故障诊断。
图2 PM5313功能模块
提供IEEE 1149.1标准JTAG接口，用于边界扫描测试。提供6bit微处理器口，用于芯片的配置、控制和状态监控。
·采用3.3V CMOS工艺，输入兼容TTL和PECL电平，输出为TTL电平。PECL电平兼容5V和3.3V。
1.2 PM5313的功能模块
PM5313的功能模块如图2所示。
整个模块可分为接收部分、发送部分、控制部分和系统端接口等四个主要部分。以下分别对每个部分做简要介绍。
1.2.1 接收和发送部分
接收部分由接收线路端接口RX Line I/F、时钟及数据恢复模块CRSI、接收端再生段开销处理模块RSOP、接收端复用段开销处理模块RLOP、接收端解复用模块RX_DEMUX、接收端通道处理模块RPPS组成。其中RPPS包括了接收端高阶通道开销处理RPOP、通道综迹字节缓存SPTB、接收端TelecomBus定位校准模块RTAL、Drop Bus伪随机序列发生和监测模块DPGM以及Drop端DS3映射模块D3MD。发送部分与接收部分相似，所不同的是发送端通道处理模块中有一个发送端指针解释TPIP，同时，将解复用模块改为发送端复用模块TX_REMUX，将时钟恢复模块改为时钟综合模块CSPI。
1.2.2 控制部分
控制部分主要由一个8位的微处理器接口组成。该接口兼容Intel和Motorola总线模式，14位寻址，内部寄存器存储资源丰富。
1.2.3 系统端接口
系统端接口由Telec
om Bus总线串行DS3接口组成。其中，Telecom Bus总线接口分为Drop Bus和Add Bus。Drop Bus将接收到SDH信号的净荷输出，由时钟DCK控制；Add Bus将外部提供的数据作为净何接入，由时钟ACK控制。Telecom Bus总线提供两种方式：第一种方式输入输出为4路19.44Mbit/s信号；第二种方式输入输出为1路77.76Mbit/s信号。两种方式的选择可通过设置内部寄存器来实现。Telecom Bus总线还提供了一些辅助信号，包括净荷指示信号（DPL[4:1]、APL[4:1]、复合时序信号（DC1J1V1[4:1]、AC1J1V1[4:1]）、净何奇偶校验信号（DDP[4:1]、ADP[4:1]）等，用以方便净荷数据的输入输出。
1.3 PM5313的工作时序
要想正确使用PM5313，必须了解它的工作时序。下面对它的比较重要的一些工作时序做简要的介绍。
1.3.1 段开销提取和接入的时序
段开销的提取和接入时序十分相似，现以接入时序为例说明开销接入时序。
图4 19.44MHz工作方式净荷提取时序
段开销接入时序如图3所示。其中，TTOH是20.736MHz的串行比特流，SDH帧信号中的再生段开销、复用段开销以及AU指针都从此此脚接入；TTOHEN是段开销接入使能信号，当某一开销字节的最高比特输入时，若TTOHEN信号为高，则将输入字节接入SDH帧中，反之，则将芯片设公平的默认值接入SDH帧中。TTOHCLK是一个20.736MHz的时钟，在该时钟的上升沿对TTOH和TTOHEN引脚上的信号进行采样；TTOHFP是帧头指示信号，它在TTOHCLK的下降沿更新，用来指示帧头，也就是第一个A1字节。这四个信号协同工作，共同完成段开销和AU指针的接入。
1.3.2 净荷提取和接入时序
净荷的提取和接入主要在系统端Telecom Bus上进行，这里以净荷的提取为例进行说明。系统端有19.44MHz和77.76MHz两种工作方式。
1.3.2.1 19.44MHz工作方式
STM-1/AU4净荷提取时序如图4所示。在此种工作方式下，输出是4路STM-1净荷。图中，DD[8(n-1)+7:8(n-1)](n=1,2,3,4)是4路速率为19.44Mbit/s的STM-1净荷。DPL[n]为净荷指示信号，DPL[n]为高时表示输出的是VC-4净荷，否则为段开销和AU指针。DC1J1V1[n]与DPL[n]共同指示STM识别符C1和高阶通道踪迹字节J1。DFP为帧头指示信号。DDP[n]为净荷奇偶校验。DCK输出一个19.44MHz的时钟信号，DD[8(n-1)+7:8（n-1）]、DPL[n]、DC1J1V1[n]都在DCK的上升沿更新。上述信号协同工作，配合起来完成净荷的提取工作。
1.3.2.2 77.76MHz工作方式
此种方式各信号引脚与前一种工作方式基本相同。不同之处在于净荷只从DD[7:0]输出，相应的各种标志信号为DPL[1]、DC1J1V1[1]、DDP[1]等，如图5所示。
图5 77.76MHz工作方式净荷提取时序
2 PM5313的应用
PM5313功能强大，可用于SDH/SONET分插复用设备、终端复用设备、交叉连接设备、SDH/SONET测试设备以及交换机、Hub、路由器等多种设备。下面通过一个自行设计的实际的净荷处理系统接口来说明PM5313的应用。
净荷处理系统接口框图如图6所示。图中，光模块采用武汉光通信公司的RTXM-622光收发模块。它不仅能接收622Mbit的SDH光信号并进行光电转换，使其变为电信号，输入到PM5313的串行输入到RXD+/-；同时还能把从PM5313串行输出端TXD+/-输出的电信号转变成光信号输出。此外，它还可从接收光信号的功率进行检测，若接收功率低于阈值功率，则给出光发送失效告警信号。
经过光电变换的STM-4信号进入PM5313的接收通道，再经过时钟和数据恢复、串/并转换、帧定位、BIP-8计算比较、解扰码后，进入段开销处理模块。段开觥信号由RTOH引脚提取，送入Xilinx公司的FPGA芯片XC2S50中，经过通道开销处理、指针解释及调整、净荷定位等处理后，根据预先设备好的工作方式，净荷信号以STM-4净荷的形式由DROP总线引脚DD[7:0]输出，或者以4路STM-1净荷的形式由引脚DD[7:0]、DD[15:8]、DD[23:16]、DD[31:24]分别输出。提取出的净荷信号送入净荷处理模块，经过处理后的净荷信号也以相对应的形式由ADD总线的引脚AD[7:0]或AD[31:0]送回PM5313的发送通道。PM5313对净荷信号进行定位后送入通道开销处理模块，插入通道开销，进入段开销接入模块。根据净荷处理系统的要求，段开销的接入有两种方式：A1、A2、D1～D3、E1、E2、F1等字节应实现透明传输，因此FPGA应对这部分字节进行缓存，在发送端由TTOH引脚将存储的开销接入；与净荷有关的开销字节如B1、B2、H1、H2等，则应由PM5313根据处理后的净荷重新计算后直接接入，而不通过TTOH引脚接入。这两种接入方式是通过对TTOHEN信号的控制实现的，具体方法是使TTOHEN引脚的某些段开销字节时为低电平。开销接入完成后，再经过扰码处理、并/串转换处理等，由PM5313的串行数据输出端口TXD+/-输出到光收发模块，经过电光变换，恢复为光信号后继续在SDH网上传输。
整个系统由单片机统一控制。本系统中单片机采用89C52，主要完成对PM5313的初始化配置，
同时通过对PM5313的中断请求信号引脚INTB的监控，及时对失光告警、失帧告警及线路告警等异常工作状态作出响应，以保证系统的正确工作。另外，该单片机还受净荷处理系统中的主机控制，通过串口与主机通信，以便主机查询并向主机报告重大异常，使净荷处理主系统作出适当处理。
图6 净荷处理系统接口框图
系统的硬件设计应注意如下一些问题：
·芯片内部同时存在数字和模拟电路，设计PCB时应将模拟电源和数字电源分开以减少两者之间的干扰。
·电源去耦应严格参照芯片说明。
·高速信号接口RXD+/-、TXD+/-速率为622.08Mbit/s，应考虑微带传输线，并且需要端接匹配负载。
通过对该STM-4净荷处理系统接口电路的设计和调试可以看到，PM5313可以对STM-4信号进行时钟数据恢复、开销处理、净荷提取和接入等多种处理，工作方式多样，开销和净荷的提取和接入方便灵活，外围电路简单实用，易于控制和改进，能够很好地完成预期功能。
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