一种光电经纬仪数字相机数据传输系统的设计

　　1　引言

　　随着光电探测技术和新型武器装备的飞速发展,靶场对设备提出了越来越高的要求,新型大面阵、高灵敏度、高帧频数字相机正逐步被采用,多探测手段、大数据量数据存储与传输正逐步被应用于新型光电经纬仪的设计当中。然而随着使用的数字相机帧频、像素位宽的提升,图像数据的传输速率已经大大超过1 Gb/s,而传统的并行传输,无论是单端并行还是差分并行,发展到今天都已经达到了它们的物理极限,无法为数字相机的数据传输提供可靠的实现方法,所以经纬仪中图像数据的实时传输需一种更快更可靠的数据传输方式来取代并行传输方式。

　　通常可以通过增加并行位宽来提高系统的传输带宽,但是随着并行数据位宽的提高,传输速率的增加,除了给制作PCB板增加困难,而且信号线容易受外界环境干扰外,传输距离也非常受限制。

　　高速串行互连技术由于将时钟与数据合并进行传输,从而克服了时钟和数据的抖动问题,能极大提高传输速率,降低IC外围引脚数,降低功耗并获得较佳的信号完整性。通常实现高速串行互连的方法有两种:一种是利用串并转换的专用芯片,如TI公司生产的TLK2501、TLK3501等;另外一种就是使用FPGA内部集成的IP核,如Xilinx公司的硬IP核RocketIO。通过对比发现,使用RocketIO完成串并转换设计的电路板结构紧凑,尺寸较小,有利于PCB布线以及提高系统的抗干扰能力,且调试灵活,参数设置便捷。所以系统最终选择了RocketIO为编码工具,实现了高速的光纤数据传输系统。

　　针对高速数字相机传输率的要求,详细论述了利用光纤为传输介质实时传输图像数据,并且对设计中的关键技术一,即RocketlO收发器的使用进行了介绍,同时给出系统设计方案、实现方法、实验结果。

　　2　RocketIO简介

　　Xilinx公司的VirtexⅡ-PRO FPGA采用具有时钟恢复功能的全双工串行I/O收发器,支持每通道3.125 Gb/s的数据速率,并可利用通道捆绑功能满足各种应用不断增长的数据传输速率的要求。VirtexⅡ-PRO的收发模块由物理编码子层(PCS)和物理介质接入(PMA)构成。其中物理编码子层提供与FPGA逻辑内的数字接口,内部包括:循环冗余码校验CRC、8B/l0B编解码器、先进先出缓冲器FIFO;物理介质接入提供与外部媒体的模拟接口,其中包括:20倍时钟倍频器、发送端时钟生成器、发送缓冲器、串化器、接收端的时钟恢复电路、接收缓冲器、解串器、可变速率的全双工收发器、可编程的五级差分输出幅度(摆率)控制和可编程的四级输出预加重模块。

　　3　系统设计方案及其实现

　　数字相机数据传输系统的功能是满足相机数据远距离实时传输需要的,系统框图如图1所示。图中,FPGA是整个通信系统的控制中心,完成对相机数据的发送以及接收,利用RocketIO multi-gigabittransceiver(MGT)完成数据的串行化以及解串化。数字相机数据传输系统主要包括发送、接收两部分。发送部分的主要功能是,接收相机输出的图像信号、行场信号,编码后实时发送到光模块中。接收部分完成接收发送端传送的光信号,恢复出发送端的图像数据,发送给图像采集卡。