基于ＡＤ￣Ｃ７０２０的高速误码测试仪
潘冬
（四川１泰瑞创科技公司，成都６１００６３）
摘要：针对国内外高速误码测试仪价格昂贵、系统复杂的现状，采用ＡＤＩ公司的ＡＲＭ７ＴＤＭＩ微控制器ＡＤ＃Ｃ７０２Ｏ和 Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ公司生产的ＸＦＰ收发芯片Ｓｉ５ｏ４ｏ，设计一种简易、低成本的误码测试系统。系统由Ｓｉ５Ｏ４０、 ＡＤ“Ｃ７０２０和虚拟仪器Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ组成。Ｓｉ５ｏ４ｏ具有可编程的伪随机码比特流生成和比较功能，读出误码值，
通过ＡＤ￣Ｃ７０２０计算得到误码率，并通过Ｉ Ｃ接口与Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ构成的上位机进行通信。
关键词：ＡＤ￣Ｃ７０２０；Ｓｉ５０４０；误码率；Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 中图分类号：ＴＮ９１１．７ｌ 文献标识码：Ｂ
Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ Ｔｅｓｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤ￣Ｃ７０２０
Ｐａｎ Ｄｏｎｇ
（Ｓｉｃｈｕａｎｇ Ｔｒｉｘｏｎ Ｉｎｃ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００６３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ｔｅｓｔｅｒｓ ａｒｅ ｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｓｉｍｐｌｅ，ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＡＤＩ ＡＲＭ７ＴＤＭＩ ｃｏｒｅ ＡＤｕＣ７０２０ ａｎｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ＸＦＰ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ８ｉ５０４０．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ Ｓｉ５０４０，ｍｉｃｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＡＤｕＣ７０２０ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ．Ｓｉ５０４０ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ａ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｃｈｅｃｋｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｖａｌｕｅ ｃａｎ ｂｅｅｎ ｒｅａｄ ｆｒｏｍ ｉｔｓ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ，ａｎｄ ＡＤ／￣Ｃ７０２０ ｃａｌｃｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ａｎｄ ｓｅｎｄｓ ｉｔ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｌａｂ
Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ ｓｙｓｔｅｍ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＤ￣Ｃ７０２０；Ｓｉ５Ｏ４Ｏ；ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ；Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ
长期平均误码率，简称误码率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ，ＢＥＲ），
是光通信网络及设备的重要指标之一。目前光通信网络
及设备正朝着小型化、高频率、高速率、大容量的方向发 展，对作为测量仪器的误码测试仪速率及功能的要求也越
来越高。虽然国内外仪器仪表厂，如安捷伦（Ａｇｉｌｅｎｔ）、泰
克（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）等推出了各种高速误码测试仪，但是大多
价格昂贵，并且系统复杂。所以，对于国内通信行业，开发
一种价廉、方便、速率可达１０ Ｇｂ／ｓ的高速误码测试系统，
具有实用价值。
１ 系统概述
本误码测试系统由两部分组成：误码测试部分和上位 机人机界面部分。其中误码测试部分由高速误码仪、光衰
减器、光功率计和光源等组成。高速误码仪以微控制器
ＡＤ Ｃ７０２０为核心，控制ＸＦＰ收发控制器Ｓｉ５０４０来实现。
ＡＤｇＣ７０２０是ＡＤＩ公司的基于ＡＲＭＴＴＤＭＩ的体系
结构的控制器，支持１６／３２位精简指令集（ＲＩＳＣ）。片内 集成了１２位的ＡＤＣ（１ＭＳＰＳ）、４通道１２位带缓冲的
ＤＡＣ、电压比较器、６２ ＫＢ可在系统中编程（ＩＳＰ）的片内闪 速／电擦除存储器Ｆｌａｓｈ和８ ＫＢ ＲＡＭ，串行接口包括
ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、２个Ｉ Ｃ、用于下载／调试的ＪＴＡＧ端口、４个
定时器、１４个通用Ｉ／Ｏ引脚、片内可编程逻辑阵列
（ＰＬＡ）。ＣＰＵ时钟高达４５ ＭＨｚ，可使用片内晶体振荡器
和片内ＰＬＩ 。
Ｓｉ５Ｏ４Ｏ是Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ公司高速物理层（ｈｉｇｈ—
ｓｐｅｅｄ ＰＨＹ）产品线的产品。采用其已通过市场验证的
ＤＳＰＬＬ技术，同时在数据发送和接收路径提供信号抖动
消除功能的１０ Ｇｂ／ｓ ＸＦＰ收发器。Ｓｉ５Ｏ４Ｏ支持３种不同
的模拟与数字信号质量监测功能，分别是模拟信号Ｌ０ｓ
监测、ＣＩＤ（连０或连１）监测以及专有的数字眼图开度测
量功能，还提供线路环回测试、ＸＦＩ回路测试和接收／发
送双方向的ＰＲＢＳ码流生成和检查功能。 此设计中，ＡＤ／￣Ｃ７０２０作为控制器，对Ｓｉ５０４０芯片进
行配置和初始化，完成误码数的采集，并作为整个系统上
位机和Ｓｉ５０４０之间的桥梁，及时向上位机提供测量的误
码及状态值等数据；Ｓｉ５０４０完成伪随机码型（ＰＲＢＳ）的产
生、同步及对比检测，计算出误码数（Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｕｎｔ）；上位机
由Ｌａｂｗｉｎｄｏｗｓ／ｃＶＩ构造的测试平台，通过上位机ＰＣ的
４４ 《平 机 嵌入式系惋应同》 ａｄｙ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｏｎ（广告专用）
ｊ
并口（ＬＰＴ）模拟Ｉ。Ｃ总线读ＡＤ￣Ｃ７Ｏ２Ｏ所构建的寄存器
映射表，将测试系统各器件的状态（包括Ｓｉ５０４０）及误码数 显示出来，计算误码数和测试时间内的总发送码数的比值
得出误码率（ＢＥＲ），通过Ｉ Ｃ总线读写ＡＤｔＬＣ７０２０的寄存
器表完成对系统各部分（包括Ｓｉ５０４０）的控制和查询。
２原理及组成
误码测试仪框图如图１所示。
图１ 误码测试仪框图
２．１ 测试原理
在数字光纤通信系统中，经常测试或验证系统和器件
的误码率指标，若要获得精确的测试结果，必须进行无限
长时间的试验。根据统计置信度原理，只要验证数字系统
或器件的误码率指标是否优于某一规定标准，即可在测量
精度和测试时问之间进行折中处理，而且仍能保证测试结 果的可信度 ］。产生误码的主要原因是传输系统的噪声
和脉冲抖动，误码性能用误比特率ＢＥＲ来衡量。但在实
际测量中，常以长时间测量中误码数目与传送的总码元数
之比来表示ＢＥＲ，ＢＥＲ一错误比特数／传输总的比特数。‘。
由于这是一个统计过程，因此当被测比特数接近于无 穷大时，被测ＢＥＲ才能接近实际ＢＥＲ。但是在大多数情
况下，只需测试小于预定义阈值的ＢＥＲ即可。完成测试 所需的比特数取决于所需的置信度和ＢＥＲ阂值。置信度
是指，系统的真实ＢＥＲ小于指定ＢＥＲ时的测试占全部测
试的百分比。由于无法测量无穷位，也无法准确预测什么 时候会出现误码，因此置信度永远不会达到１００ 。另
外，ＩＥＥＥ８０２．３规定最坏情况的误码率是１０Ｅ一１０。在这
种条件下，出现的误码不会降低网络的性能，因为所有的
网络软硬件都按这个要求建立。因此，这个条件下出现的
噪声将不足以改变接收端的比特值，不会造成误码。一般
情况下，选择的误码率标准比ＩＥＥＥ标准高出１００倍，并 把１０Ｅ一１２误码率称为零误码率。零误码率意味着每１０
万亿位中产生的误码小于１个。置信度的公式如下 ｊ：
ＣＬ一１一ｅ
其中ｃＩ 为置信度，Ｎｂｉｔｓ为接收的总比特数。 在生产和测试中，只考虑零误码且置信度为标准的
９５ 的情况，用比特数除以数据速率可确定测试所需时 间。得出常用的方程式如下 ］：
Ｔｉｍｅ一２．９９６／ｆ×ＢＥＲ 对于１０ Ｇｂｐｓ的系统，测试３０ Ｓ基本可以达到１０Ｅ一１２
的要求。
Ｓｉ５０４０的发端模块产生伪随机码序列数据流，作为通
信系统的信源数据流，收端模块接收通信系统输出的比特
流，并与本地产生的与发端形式相同的伪随机码比特流相 比较，如比较结果不同即系统有误码。Ｓｉ５０４０在收端和发
端信道上都有可编程的模式生成器和检查器。发端信道
通过配置寄存器（ｔｐＳｅｌ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ １５７），收端信道通过配
置寄存器（ＲｘｔｐＳｅｌ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ２９），可以生成ＰＲＢＳ７、
ＰＲＢＳ３１或者６４位用户白定义码型。模式检查器还提供
了不同步信号（ＬＯＳＳ—ｏｆ—Ｓｙｎｃ）检查。在同步情况下，测试
中发端的误码值结果存于Ｓｉ５０４０中４ｏ位的寄存器组
（ｔｐＣｈｋＥｒｒＣｎｔ ｒｅｇｉｓｔｅｒ１７６—１８０）和一个８位浮点数的寄存
器（ｔｐＣｈｋＥｒｒ ｒｅｇｉｓｔｅｒ １８１）。收端的误码值结果存于４０ 位寄存器组（ＲｘｔｐＣｈｋＥｒｒＣｎｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ４８—５２）或８位浮点
数据类型的寄存器（ＲｘｔｐＣｈｋＥｒｒ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ５３）。本设计仅 使用Ｓｉ５０４０的发端信号的模式生成器和检查器功能。
２．２ 硬件设计
本文硬件设计仅列出Ｓｉ５０４０和ＡＤ“Ｃ７Ｏ２０两部分的
原理图。
２．２．１ Ｓｉ５０４０
Ｓｉ５０４０的ＰＩＮ１３和ＰＩＮ１４是参考时钟输入引脚。在
此设计应用中使用Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ公司的ＳＩ５３４四频
晶体振荡器（ＸＯ），其工作频率范围１０ ＭＨｚ～１．４ ＧＨｚ，
ＲＭＳ抖动低于０．３ ｐｓ，可提供高线性度的控制电压及宽
范围的电压增益选择，并可以支持ＰＥＣＬ、ＬＶＤＳ、ＣＭＯＳ
和ＣＭＬ各种电平形式的输出。
Ｓｉ５０４０的通信接口支持Ｉ Ｃ和类ＳＰＩ模式。通过
ＳＰＳＥＬ（ＰＩＮｇ）来选择使用接口的类型。当ＳＰＳＥＬ置低
电平时，使用Ｉ Ｃ接口类型，ＰＩＮ２５（ｓｅｒｉａｌ ｄａｔａ ｌｉｎｅ，ＳＤ）
ａｎｄ ＰＩＮ２４（ｓｅｒｉａｌ ｃｌｏｃｋ ｉｎｐｕｔ，ＳＣＫ）作为Ｉ。Ｃ总线的ＳＤＡ
和ＳＣＬ。当ＳＰＳＥＬ置高电平时，使用类ＳＰＩ接口类型。
Ｓｉ５０４０在发端和收端都有可编程的码型模式生成器
和检查器。发端信道使用ＴｘｔｐＳｅｌ寄存器，可配置成
ＰＲＢＳ７、ＰＲＢＳ３１或者６４位用户自定义码型。
Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ、ＲＸＬＯＬ和Ｒｘ ＬＯＳ反映Ｓｉ５Ｏ４０的工作
状态。由ＡＤｕＣ７Ｏ２０的Ｉ／Ｏ口来采样其电平逻辑，由此反
映Ｓｉ５Ｏ４０的工作状态。
ＴＤ＋、ＴＤ一、ＴＸＤＯＵＴ＋、ＴＸＤＯＵＴ一和ＲＤ＋、
ＲＤ一、ＲＸＤＩＮ＋、ＲＸＤＩＮ一接人ＳＭＡ头，信号为差分
ＣＭＬ信号。
Ｓｉ５０４０原理图如图２所示。
ｐａｐｅｒ＠ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｒｎ．ｃｎ（投稿专用） Ｍｉｃｒ。ｃ。ｎｔｒ。１１ｅｒｓ＆Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ４
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