分类： 嵌入式
2018-04-10 18:03:04
此文可以粗略的解答如下问题：
问题1：光以太网电路和电以太网电路的区别？
问题2：如何把现有电以太网电路改成光以太网电路？
问题3：私有协议光通信电路和标准光以太网电路大概怎么做？
1、 10BASE-T以太网
老电以太网，多节点共享传输介质，带有CSMA/CD、10Mbps数据速率，曼彻斯特编码，已经基本过时，使用较少。不讨论。
2、100BASE-TX 以太网
快速电以太网，采用RJ45接口的双绞线传输，使用8芯4对双绞线缆的其中2对，一对收，一对发，4b/5b编码，MLT-3调制。
电路上分为MAC部分、PHY部分、变压器部分、线缆部分。
有的芯片MAC和PHY合一较少见，有的RJ45接口和变压器合一，本质还是逻辑分开的。
MAC和PHY间一般采用MII或者RMII标准接口，大概原理是将并行高低电平数据配合时钟信号传递给PHY。
PHY有多种，接RJ45电口的是电PHY，接光口的是光PHY，还有的PHY是多功能PHY，软件可配。
使用电PHY：
第一步：MAC -> 发送4bit数据通过RMII -> 电PHY。
第二步：电PHY重新编码，多出额外1bit变成5bit，目的是在每个4bit数据块中，保证必然包含跳变，用来同步差分时钟，还有个目的是为了电平衡。
第三步：电PHY用MLT-3，三电平调制，发送给变压器。
第四步：信号经变压器隔离后发送至RJ45线缆上。
3、100BASE-FX以太网
快速光以太网，采用一对光纤传输，电路设计上，情况与快速电以太网相似，使用光PHY。
使用光PHY+SFP情况：
第一步：MAC -> 发送4bit数据通过RMII -> 光PHY。
第二步：光PHY重新编码，多出额外1bit变成5bit，目的同样是保证必然包含跳变，用来同步差分时钟。
第三步：光PHY将5Bit数据以差分信号发送给SFP。
第四步：SFP将差分信号一对一调制成亮暗光信号发送至光纤上。
3、1000BASE-T 和 1000BASE-TX 以太网
千兆电以太网，采用RJ45接口双绞线传输。1000BASE-T使用5类或以上线缆，使用全部4对双绞线，每对均为双向传输（基于芯片内的Hybird逻辑），125MHz频率4D-PAM5调制，每时钟周期5种电平信号可能，其中1种用作控制，其他4种表征数据，所以每时钟周期传送2bit数据。1000BASE-TX使用6类或以上线缆，使用4对双绞线的2对做收，另外2对做发。其中1000BASE-T更为普遍。
结构与快速电以太网基本相同。
MAC与电PHY采用GMII或者RGMII接口，原理与MII和RMII相似，只是带宽和速度有差异。另外还有SGMII，这个是串行差分的GMII。
使用千兆电PHY：
第一步：MAC -> 发送8bit数据通过RGMII -> 电PHY。
第二步：电PHY重新编码，对于1000BASE-T，附入扰码。
第三步：电PHY用4D-PAM5，5电平调制，发送给变压器。
第四步：信号经变压器隔离后发送至RJ45线缆上。
4、1000BASE-X
千兆光以太网，按波长长短和方式，细分为1000BASE-LX、1000BASE-SX、1000BASE-CX、1000BASE-ZX等，使用2对光纤，光纤分淡漠和多模，1芯收，1芯发，8b/10b编码。
MAC与光PHY采用GMII或者RGMII接口，并行传送数据，带宽为1.25Gbps，多出来的0.25Gbps是编码时每8b附加2b而多出来的25%开销。MAC与光PHY采用SGMII接口时，采用串行差分信号传送数据，SGMII采用8b/10b编码。
使用千兆光PHY：
第一步：MAC -> 发送8bit数据通过GMII或RGMII -> 光PHY。
第二步：光PHY重新编码，附加2bit变成10bit。
第三步：光PHY将10Bit数据以差分信号发送给SFP。
第四步：SFP将差分信号一对一调制成亮暗光信号发送至光纤上。
问题：使用SGMII接口时，MAC已经使用8b/10b编码传送，那可不可以直接接入SFP进行光传输呢？
对于多速率模式以太网，由光PHY做速率自动协商功能，另外光PHY还检测链路的工作/空闲状态，产生接收数据有效信号。所以不使用光PHY也是可以的，这样做的话，可以删减掉速率协商部分，采用固定速率，另外还需要MAC自行处理空闲时的信号等，这样的话MAC肯定是非标定制的。
5、LVDS和SERDES
两者都是以高速数据通信为目的的数字串行接口电路，LVDS是从电气特性和差分方式传输的角度定义的，SERDES是从数据并行和串行互相转化的角度定义的，LVDS也算是一种SERDES。
在芯片内部，SERDES收发器除了串并互转部分电路外，另外还需要还原发送方时钟（CDR）电路，高速收发器还有改善信号质量的发送信号加重电路和接收信号均衡器等，这部分电路属于数模混合电路。芯片nm数越低，速率能做的越高。
对于芯片间或板卡间通信，可直接引差分线接通，高速差分信号当然走线要十分讲究才行。
对于远距离传输，可将差分线接入光接口器件，如SFP，即可和对端互通。由于数据并不组成以太网数据帧，所以不能穿过标准交换设备，属于私有协议光通信。
