基于LVDS總線(xiàn)的高速長(zhǎng)距數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)
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隨著接入通信設(shè)備的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率急劇增加。采用低電壓差分信號(hào)LVDS(Low-Voltage Differential Signalings)技術(shù)的設(shè)備電路系統(tǒng)可使傳輸速度每秒高達(dá)數(shù)百M(fèi)b。但LVDS只能滿(mǎn)足短距離的數(shù)據(jù)高速傳輸，而不支持長(zhǎng)距離傳輸。目前許多設(shè)備都要求具有長(zhǎng)距離傳輸數(shù)據(jù)能力，以確保百米以上的電纜傳輸數(shù)據(jù)。自適應(yīng)均衡器能夠自動(dòng)補(bǔ)償信號(hào)損耗，使電纜傳輸?shù)拇袛?shù)字信號(hào)能夠重新恢復(fù)其原有性能。利用這一特點(diǎn)，并采用高速串行數(shù)字接口SDI(Serial Digital In—terface)自適應(yīng)電纜均衡器及電纜驅(qū)動(dòng)器構(gòu)建系統(tǒng)，可擴(kuò)大LVDS技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸范圍，實(shí)現(xiàn)高速長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸。因此，這里給出采用DS92LVl023型LVDS器件，CLC006型高速驅(qū)動(dòng)器以及CLC014型自適應(yīng)均衡器構(gòu)建的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)彈飛行前實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸。
2 總體設(shè)計(jì)方案
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在100Mb／s速度下傳輸數(shù)據(jù)，其傳輸距離為300 m，因此，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要解決延長(zhǎng)傳輸距離和速度匹配問(wèn)題。圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖。其中，DS92LVl023和DS92LVl224型LVDS器件，分別稱(chēng)為串行器和解串器。串行器是一種將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成串行數(shù)據(jù)的器件，而解串器則是將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成并行數(shù)據(jù)的器件。CLC006和CLC014分別是高速驅(qū)動(dòng)器和自適應(yīng)均衡器，高速驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)同軸線(xiàn)傳輸更長(zhǎng)距離，經(jīng)電纜長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)會(huì)出現(xiàn)衰減，自適應(yīng)均衡器則用于均衡器電纜傳輸?shù)男盘?hào)。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)與USB模塊通過(guò)USB電纜連接，計(jì)算機(jī)向USB模塊發(fā)送讀數(shù)命令，啟動(dòng)DS92LVl224命令及其他操作命令，USB模塊再將控制命令傳給FPGA模塊，F(xiàn)P-GA直接控制LVDS器件工作。由于USB模塊向計(jì)算機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的速度最高可達(dá)140 Mb／s，因此?？蓪?00 Mb／s速率的數(shù)據(jù)適時(shí)地傳入計(jì)算機(jī)。
3．1 延長(zhǎng)距離設(shè)計(jì)
LVDS信號(hào)傳輸是依靠串行器和解串器完成的，串行器和解串器都需一個(gè)外部時(shí)鐘。只有這兩個(gè)外部時(shí)鐘頻率同步時(shí)，串行器和解串器才能正常通信。利用FPGA引腳與內(nèi)部邏輯，完全能夠解決工作時(shí)鐘頻率同步的問(wèn)題。
串行器DS92LV1023是將外部并行數(shù)據(jù)串化成串行數(shù)據(jù)，此時(shí)該串行器輸出的差分壓差約100 mV，該差分壓差傳輸距離只有幾米，加上CLC006電纜高速驅(qū)動(dòng)器，其輸出壓差可達(dá)2V(壓差可通過(guò)電阻R23調(diào)節(jié))，這樣就可以驅(qū)動(dòng)同軸電纜傳輸300 m的距離。圖2為L(zhǎng)VDS發(fā)送電路。
解串器DS92LV1224解串的數(shù)據(jù)先經(jīng)FPGA模塊傳輸至存儲(chǔ)器，F(xiàn)PGA接收到USB模塊命令后，先通過(guò)控制解串器DS92LVl224的PWRDN、REN、RCLK、RCLK_R/F及REFCLK引腳使LVDS器件開(kāi)始解串．同時(shí)將解串?dāng)?shù)據(jù)直接施加到FPGA引腳，進(jìn)一步處理分析。圖3為L(zhǎng)VDS接收電路。
3．2 速度匹配
由于LVDS傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的傳輸速率只有幾百KB，而LVDS器件的傳輸速度范圍為10～66 MByte／s，采用間歇式傳輸，但在傳輸中斷后，再次傳輸需要500μs的同步時(shí)間，所以若LVDS器件采用間歇式傳輸，將丟失500μs的數(shù)據(jù)，故不能采用該種傳輸方式。
串行器DS92LV1023和解串器DS92LV1224有10個(gè)數(shù)據(jù)引腳，數(shù)據(jù)都是8位，一般有2個(gè)數(shù)據(jù)引腳不同，但這里則采用這兩個(gè)空數(shù)據(jù)引腳：先將采集的數(shù)據(jù)暫存到FPGA的內(nèi)部FIFO中，當(dāng)FIF0中數(shù)據(jù)達(dá)到10個(gè)字節(jié)以上時(shí)，通知FPGA模塊將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘賦到串行器DS92LVl023的引腳傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)FPGA向串行器DS92LV1023的第Data8位賦值為“0”；當(dāng)所采集的數(shù)據(jù)傳輸完成后，增加一些其他數(shù)據(jù)，使LVDS持續(xù)傳輸，與此同時(shí)，F(xiàn)PGA將串行器DS92LV1023的第Data8位賦值為“l(fā)”。
數(shù)據(jù)接收端上傳至計(jì)算機(jī)的速度匹配。USB模塊向計(jì)算機(jī)上傳數(shù)據(jù)也采用間歇式傳輸方式，即USB模塊每傳輸512個(gè)字節(jié)，需停止幾個(gè)μs。所以可利用FPGA的一個(gè)內(nèi)部FIFO，先將數(shù)據(jù)暫存到內(nèi)部FIFO中，等到FIFO中數(shù)據(jù)達(dá)到512個(gè)字節(jié)后通知USB模塊讀取數(shù)據(jù)，然后返回到計(jì)算機(jī)。
通過(guò)FPGA控制解串器DS92LVl224的PWRDN、REN、RCLK、RCLK_R／F及REFCLK引腳使LVDS器件開(kāi)始解串，由于解串器DS92LV1224解串的數(shù)據(jù)分為采集的真正數(shù)據(jù)和用戶(hù)添加的數(shù)據(jù)。所以，要先過(guò)濾掉添加的數(shù)據(jù)，再通過(guò)FPGA判斷DS92LVl224的Data8位，如果Data8為“0”，則將數(shù)據(jù)存到FPGA的FIFO中，其部分程序代碼如下：
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖4是該系統(tǒng)模擬某型號(hào)彈上采編器采集自加計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)，經(jīng)300 m傳輸距離后得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。
5 結(jié)論
介紹一種基于LVDS總線(xiàn)的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案舊，詳細(xì)描述了FPGA對(duì)LVDS器件工作狀態(tài)和FPGA與單片機(jī)相互之間的工作。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)已投入應(yīng)用，其性能可靠、穩(wěn)定，適用性強(qiáng)。
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