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万兆以太网技术是最前沿的网络技术之一。它不仅速度上比千兆位以太网提高了10倍,而且系统兼容性更强、升级更容易、性能更稳定、传输距离更长,并且价格低廉。因此,其应用范围也更为广泛。万兆以太网技术的硬件实现要得益于高速PCB技术的发展和信号完整性理论的逐渐成熟。随着信号边沿的陡峭化和传输速率的高速化,导致了信号在PCB板上传输的完整性问题,所以需要设计者对高速PCB进行特殊设计,来提高信号质量。本课题的研究目的在于:一方面,运用万兆以太网技术设计基于SFP+(Enhanced 10 Gigabit Small Form Factor Pluggable Module)新一代光收发模块和万兆高性能物理层芯片的上行万兆扩展卡,从而实现千兆交换机的万兆带宽扩展功能,为上行汇聚层提供高速链路和长距离传输接口,使组网变得更加灵活、高效和廉价。另一方面,根据信号完整性理论,确定关键网络和高速信号线的布局布线与器件匹配方案,最大限度地保证板上高速信号的完整性。本课题的内容主要包括以下几个方面:1、在研究万兆位以太网标准体系及其实用技术的基础上,对关键器件进行选型,结合了性能、功耗、尺寸和价格等方面的实际要求。2、依据高速电路设计理论,利用Cadence软件的Design Entry HDL工具设计了上行万兆扩展卡的电路结构,对其中的关键电路,如:物理芯片和SFP+的外围电路、差分电平转换电路、电源转换电路、状态灯控制电路和金手指定义的原理做了较为详细的分析。3、根据信号完整性理论,在Cadence软件的信号完整性设计平台SpecctraQuest上,使用IBIS(Input/Output Buffer Informatin Specification)仿真模型对关键的高速信号网络进行建模,通过仿真分析最终确定合适的布局布线方案,并在PCB设计平台Allegro PCB Design完成电路板设计。4、对成品电路板进行了实测与分析。测试结果表明,上行万兆扩展卡能在千兆交换机上稳定地工作,甚低的丢包率和较好的高速信号波形证明研究达到了预定的设计目的。研究结论具有良好的通用性,对今后的高频高速电路设计与仿真有一定的借鉴意义。