基于M451和S15040的lOG误码测试仪的设计与实现

2024.04.15

高学严　彭魏魏

摘要：10G误码测试仪是用于测量10G数据传输设备链路通道质量的一种重测试设备，是一种可靠的通信系统测量工具。10G误码测试仪被广泛地应用于通信设备的生产调试、检验以及日常维护等方面。根据此功能，文章研究并设计了一种基于M451和S15040的误码测试仪，详细地分析和介绍了各个模块的工作原理。

关键词：10G误码测试；M451；S15040

1误码率概述

随着社会的进步和科学技术的发展，人们对通信的速度要求提出了更高的要求，由于数字通信具有容量大、速度快等优点被重点发展，并得到广泛应用。目前伴随着SFP+，XFP等10G段的通信速率光通信模块应用普及，也对10G段的通信测试设备提出了多要求。尤其是10G段的误码测试仪，因为误码仪是测量数字通信可靠性的重要设备，是生产测试和维修测试的必要设备。

误码率是衡量数据通信通道质量的重要参数指标，是由误码测试仪通过将数据从发射端输出经过整个数据链路再正确回到数据接收端的数据个数与发射端发射的数据总个数的比值关系算出来的，可以直接反映数据通道的通信质量和数据通信通道的可靠性。现有的10G段的误码测试仪都存在体积较大、价格昂贵、携带不方便等缺点，给生产测试和维修测试带来诸多不便，尤其是在工程现场维修检测更加困难。因此设计的这款基于M451和S15040的10G段误码测试仪式非常有必要的。

2测试原理及组成

2.1误码测试仪

误码测试仪，如图1所示。

2.2测试原理

本设备以M451为主控芯片，其在系统中作用主要是设置数据的接收和控制系统工作的调度。首先接收触摸屏界面设置过来的参数，包含测试用的伪随机码型、速率、测试时间和开始启动信号等诸多参数，然后M451通过IIC数据总线按照测试目标速率要求进行配置S1514晶体振荡器的输出频率，然后再通过IIC总线配置误码测试仪芯片S15040，让其产生相对应的伪随机码，按照一定的速率输出。S15040在接收到M451传递过来的启动指令以后会自动根据内部寄存器配置产生相对应的伪随机码如PRBs31，按照预定的目标速率运行并在数据输出端输出，伪随机码通过发射端的差分同軸电缆输出到待测试设备中，带测试设备将接收到的数据转到期发射端，由发射端将数据再通过差分同轴电缆传到S15040接收端。S15040通过内部集成模块根据时钟信号判断数据是否同步，如果同步再判断数据和相位是否正确，最后检测判断误码情况，如果有误码产生也会将误码的个数保存到5个字节寄存器中，S15040也会将检测到的数据总个数保存到另外5个字节寄存器中。测试过程中M451精确计时并定期从S15040读取误码测试仪检测到的误码个数，判断是否有误码产生和计算误码率，同时在触摸屏界面上显示结果。

3硬件设计

Si5040是Silicon Laboratories公司高速产品线的产品。Si5040支持的模拟与数字信号质量监测功能有多种，有模拟信号丢失（Lost of Signal，LoS）检测、连续相同数字检测和眼图开度测量功能，还提供多种回路测试功能，有线路回环测试、XFI电口回路测试等，带有内部PRBS7和PRBS31码流生成和检查功能。

Si5040可以提供的速率是9.8～11.35 Gbps连续可调。PRBS码流有PRBS7和PRBS31两种可选。具有灵活的串口控制，集成了IIC和SPI通信接口供选择使用。

S1514是Silicon Laboratories公司的S1514晶体振荡器，其输出工作频率范围0.1～250 MHz，RMS抖动低于1 ps，多种电平输出形式，有PECL，LVDS，CMOS和CML等。集成了IIC总线接口，方便外部灵活控制其输出频率。

M451是新塘科技的M451系列32位微控制器，内嵌ARMCortex-M4F处理器，扩展了DSP功能和带浮点运算单元，最大主频72 MHz，内置256 kb Flash，32 kb SRAM，带有丰富的外设如：定时器、12位ADC、12位DAC，GPIO，RTC，UART，SPI，12C，12S，PWM、模拟比较器、温度传感器、电压复位和掉电检测功能等，工作电压：2.5～5.5V；工作温度：-40～105℃。产品应用十分广泛。Si5040和M451硬件原理如图2所示。

在误码测试仪上电时，M451首先对系统进行初始化并进行部分参数设置，然后等待M451进入等待状态，等待触摸屏传来的参数和指令，当M451接收到参数和指令以后，按照触摸屏传递来的参数要求分别配置S1514的输出频率和S15040的伪随机码型等参数，当M451收到触摸屏传递过来的启动指令后再通过IIC总线将启动误码测试仪运行的指令传递到S15040，S15040接到启动指令后启动误码测试仪的测试功能，测试过程中M451定时500 MS读取误码个数，判断是否有误码产生，在读取误码个数的同时也读出数据总数，判断是否有误码产生并计算误码率，将测试结果送到触摸屏界面显示。

4触摸屏界面功能

系统的主界面采用触摸屏，参数的输入和测试结果的输出都是通过触摸屏实现，设置的参数只要有伪随机码、速率和运行时间，测试结束后在触摸屏上显示运行时间，误码个数和误码率。通过界面按钮可以输入误码测试仪的启动和停止。通过文本输入可设置码型为PRBS7或PRBs31，速率从9.8～11.35 GHz。运行时间实时计时并显示，运行总时间小于等于1200小时。

5结语

根据生产和维修人员的使用情况和对本10G误码测试仪的使用的实际感受，可以证明本10G误码测试仪的设计和开发时成功的。其体积小、成本低、运行安全稳定，是一款性价比极高的lOG误码测试仪。