基于FPGA和LVDS技术的光缆传输技术

2010-06-17 18:56:30来源: 国外电子元器件

  1 引言

  某飞行器发射前,需测试飞行器各项参数,参数测试是通过数据记录器记录飞行器数据并传至地面测试台。测试过程中,为了保证测试人员人身安全,飞行器和地面测试台间距需有300 m,两者间采用长线数据传输。现有的技术有:RS一485总线,在几百米时,传输速度较低;CAN总线虽具有较高的可靠性,但传输速度也较低;而千兆以太网接口的传输速度很快,但以太网协议复杂,不适用。为此,这里提出一种基于FPGA和LVDS接口器件的光缆传输技术。

  2 LVDS简介

  低电压差分信号(Low Voltage Differential Signaling,简称LVDS)是一种适应高速数据传输的通用点对点物理接口技术。它采用低摆幅差分信号技术,使其信号能在差分PCB线对儿或平衡电缆上以几百Mb/s的速度传输.其低摆幅和低电流驱动输出实现低噪声和低功耗。

  每个点到点连接的差分对儿由驱动器、互连器和接收器组成。驱动器和接收器主要完成TTL信号和LVDS信号之间的转换。互连器包含电缆、PCB上差分线对儿以及匹配电阻。LVDS驱动器由一个驱动差分线对儿的电流源组成,LVDS接收器具有高输入阻抗,因此驱动器输出的电流大部分都流经100Ω的匹配电阻,并在接收器的输入端产生约350 mV的电压。当驱动器翻转将改变流经电阻的电流方向,因此产生有效的逻辑1和逻辑O的低摆幅驱动信号实现高速操作并减小功耗,差分信号提供适当噪声边缘。不管使用的是PCB线对儿还是电缆,都必须防止反射,减少电磁干扰。LVDS要求使用一只与介质相匹配的终端电阻,应将其尽可能地靠近接收器放置。LVDS接收器可以承受1 V的驱动器与接收器间对接地的电压差。由于LVDS驱动器典型的偏置电压为1.2 V,所以其电压差驱动器典型的偏置电压以及轻度耦合噪声之和范围为0.2~2.2 V。建议接收器的输入电压范围为0~2.4 V。

  3 总体设计方案

  系统设计要求传输速度应在1~16 Mb/s自动适应,传输距离不小于300 m,且必须与其他系统电磁隔离,避免电磁干扰。因此,该系统设计采用集成的LVDS接口器件DS92LVl021,其数据传输速度是16~40 Mb/s,10位数据位。而CLC001,CLC012为专用长线电缆驱动器,与光模块相结合可将传输距离扩展2 km,且外部电路简单,功耗低。FPGA选用Spartan一2系列器件,其最高工作速度为200 MHz,逻辑宏单元丰富,满足系统设计要求。因此,该系统设计选用LVDS接口器件实现LVDS长线传输,而记录器、测试台和LVDS器件接口的时序匹配则选用FPGA实现。

  图1为系统设计的框图,测试台发送的STATE、CTLl、CTL2等状态及控制信号传送至记录器,并将记录器发送的数据及同步时钟传送至地面测试台。其中,记录器、LVDS发送端、LVDS接收端的电源均由测试台提供,电压为+9 V。

系统设计的框图

  LVDS长线传输模块分为LVDS发送电路和LVDS接收电路。LVDS发送电路将从记录器接收到的并行数据进行速度匹配后转换成LVDS串行数据流,并通过双绞线发送。LVDS接收电路将接收到的LVDS串行数据流还原成并行数据进行速度匹配后送至测试台。

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关键字:FPGA  LVDS  光缆传输

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0617/article_1187.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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