CN102158662A - 星载高分辨率ccd相机图像数据传输电路 - Google Patents

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CN102158662A CN 201110095525 CN201110095525A CN102158662A CN 102158662 A CN102158662 A CN 102158662A CN 201110095525 CN201110095525 CN 201110095525 CN 201110095525 A CN201110095525 A CN 201110095525A CN 102158662 A CN102158662 A CN 102158662A
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张贵祥
金光
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Abstract

星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，涉及航天光学遥感成像技术领域，它解决现有星载CCD遥感相机单通道的图像数据的传输需要多片差分驱动器集成电路的配合，在传输数据后导致数据传输电路的性能下降的问题，该电路包括发送端的高速串行差分发送电路和接收端的高速串行差分接收电路。高速串行差分发送电路接收星载高分辨率CCD输出的图像数据、行同步信号以及数据时钟，经高速LVDS串行器进行并串转换、差分驱动后输出四组高速串行LVDS信号，所述四组LVDS信号流通过LVDS传输电缆传送至高速串行差分接收电路；本发明减小了星载高分辨率CCD相机数据传输链路的体积、重量和功耗，有效地保证了图像传输的质量。

Description

星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路
技术领域
本发明涉及航天光学遥感成像技术领域，具体涉及星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路。
背景技术
随着航天光学遥感成像技术的发展，对星载CCD遥感相机的地面像元分辨率和幅宽的指标要求不断提高，为了满足要求，星载高分辨率的CCD遥感相机大都采用高速多通道并行输出结构。“高速”是由于高分辨率造成CCD像元读出频率高，因而产生高数据率的图像数据；“多通道”包含着两层含义：一是为了满足相机的地面幅宽，采用多片CCD拼接；二是为了保证信号电荷的完全转移输出，CCD采用多个抽头并行输出。这必然带来数字化后CCD图像数据量的急剧增加，给后端的图像数据传输提出了越来越高的要求。由于图像数据传输速率高、传输通道多以及数据量大使得现有的图像数据传输方式存在很大的局限性。目前，对星载CCD遥感相机图像数据传输大都采用直接低压差分信号传输技术，其典型电路原理图如图1所示，包括：差分驱动器103、差分接收器104、电阻R0以及LVDS电缆。差分驱动器103的输入端101也作为图像数据信号的输入端，差分驱动器103的正输出端105通过LVDS电缆与差分接收器104的正输入端108连接，差分驱动器103的负输出端106通过LVDS电缆与差分接收器104的负输入端109连接，差分接收器104的正输入端108通过电阻R0与差分接收器104的负输入端109连接，差分驱动器103的接地端107通过参考地线与差分接收器104的接地端110连接，差分接收器104的输出端102也作为图像数据信号的输出端。现有技术的直接差分传输采取点对点的差分驱动器/接受器，将一路的TTL/CMOS信号转换为一对LVDS信号进行传输，这种数据传输方式存在着较多的技术缺点：首先，如果星载CCD遥感相机单通道的图像灰度等级为10bits，再加上图像数据传输的同步信号与数据时钟，这样，要完成星载CCD遥感相机单通道的图像数据的传输就需要12对差分驱动器/接受器，随着星载CCD遥感相机图像数据输出通道增加，差分驱动器/接受器对也随之成倍增加，这显然需要更多的LVDS传输电缆，必然造成系统的体积、重量以及功耗的增大，不利于星载CCD遥感相机轻小型化；再者，图像数据传输线缆数目的增多以及传输速率的加快会使PCB布线的难度提高，并且增加了信号的延时和相互干扰，不利于星载CCD遥感相机图像数据的无码传输；另外，现有的差分驱动器集成电路或差分接收器集成电路仅集成了四个差分驱动器差分接收器，因此，要完成星载CCD遥感相机单通道的图像数据的传输需要多片差分驱动器集成电路或差分接收器集成电路配合，这造成在实际应用时多片差分驱动器集成电路输出信号相位偏差较大，数据时钟定位不准确，这种误差在数据传输速率提高后，数据传输电路性能严重下降，甚至电路功能丧失。
发明内容
本发明解决现有星载CCD遥感相机单通道的图像数据的传输需要多片差分驱动器集成电路的配合，造成在实际应用时多片差分驱动器集成电路输出信号相位偏差较大，数据时钟定位不准确，并在传输数据后导致数据传输电路的性能下降的问题，提供一种星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路。
一种星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，包括高速串行差分发送电路和高速串行差分接收电路；所述高速串行差分发送电路接收星载高分辨率CCD相机输出的并行图像数据、行同步信号和数据时钟信号，所述并行图像数据和行同步信号通过高速串行差分发送电路在一个时钟周期内转换为三组数据LVDS信号流发送；数据时钟信号通过高速串行差分发送电路转换为时钟LVDS信号流在第四组LVDS信号流发送，所述四组LVDS信号流通过LVDS传输电缆传送至高速串行差分接收电路；所述的高速串行差分发送电路和高速串行差分接收电路分别设置在发送端印制电路板和接收端印制电路板上，所述两块印制电路板通过LVDS电缆进线连接。
本发明的工作原理：所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路的数据传输通道信号包括：图像数据、数据时钟以及行同步信号三种信号。其中，行同步信号标识图像数据的开头、结尾，数据时钟标识图像数据中每个bit数据的位置。在星载高分辨率CCD相机成像过程中，按照一定的帧格式向星载数据存储设备输出图像。在图像数据发送端，图像数据从高速LVDS串行器的数据输入端输入，行同步信号从高速LVDS串行器的同步信号输入端输入，数据时钟从高速LVDS串行器的时钟输入端输入，图像数据组成20bits的并行CMOS/TTL数据信号和行同步信号通过高速LVDS串行器内部的并串转换电路和数据差分驱动器在一个数据时钟周期内转换为三组数据LVDS信号发送出去，同时，数据时钟通过高速LVDS串行器内部的PLL电路和时钟差分驱动器转换为第四组时钟LVDS信号发送出去，数据时钟的每个周期都对20bits数据进行采样和发送，每组数据LVDS信号的发送速率是时钟LVDS信号的发送速率的7倍。四组LVDS信号通过保护电阻和LVDS电缆送至接收图像数据接收端的高速LVDS解串器，三组数据LVDS信号通过高速LVDS解串器内部的数据差分接收器和串并转换电路转换为20bits的并行CMOS/TTL数据信号和同步时钟信号，同时，第四组时钟LVDS信号通过高速LVDS解串器内部的时钟差分接收器和PLL电路转换为数据时钟，通过高速LVDS解串器恢复输出的图像数据从高速LVDS解串器的数据输出端输出，行同步信号从高速LVDS解串器的同步信号输出端输出，数据时钟从高速LVDS解串器的时钟输出端输出。这种高速LVDS串行/解串传输是将多路并行数据转换为较少的LVDS线对进行高速差分串行传输，这不仅解决了数据的传输速率问题，而且使系统的传输导线数量压缩了80％，减少了星载高分辨率CCD相机数据传输链路的体积、重量和功耗。
本发明的有益效果：一、本发明所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路采用“高速LVDS串行/解串”技术将多路并行数据转换为较少的LVDS线对进行多通道、高速图像数据的高速差分串行传输，这不仅解决了数据的传输速率问题，而且使系统的传输导线数量压缩了80％，减小了星载高分辨率CCD相机数据传输链路的体积、重量和功耗，利于星载CCD遥感相机轻小型化；二、本发明与现有技术相比在图像数据的发送端和接收端增加了保护电阻，防止单机短路失效对相机系统的影响，增强了系统的可靠性；三、本发明的接收端匹配电阻采用两电阻串联，并在两个电阻的串联公共端通过一个电容与参考地线连接，这样更好的滤除了传输信号的共模噪声，最大程度地保证信号的完整性；其四，本发明采用单片集成电路实现多路图像数据的转换，这样可以有效地保证了传输信号的相位一致和数据时钟定位精确，避免因相位误差导致的电路传输误码率的增加。
附图说明
图1为现有的CCD相机图像数据传输电路原理图；
图2为本发明所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路结构示意图；
图3为本发明所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路原理图；
图4为本发明所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路的数据传输通道信号时序关系图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图2和图3说明本实施方式，星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，包括高速串行差分发送电路和高速串行差分接收电路；其特征是，所述高速串行差分发送电路接收星载高分辨率CCD相机输出的并行图像数据、行同步信号和数据时钟信号，所述并行图像数据和行同步信号通过高速串行差分发送电路在一个时钟周期内转换为三组数据LVDS信号流发送；数据时钟信号通过高速串行差分发送电路转换为时钟LVDS信号流在第四组LVDS信号流发送，所述四组LVDS信号流通过LVDS传输电缆传送至高速串行差分接收电路；所述的高速串行差分发送电路和高速串行差分接收电路分别设置在发送端印制电路板和接收端印制电路板上，所述两块印制电路板通过LVDS电缆进线连接。
本实施方式所述的高速串行差分发送电路包括高速LVDS串行器215、电阻R1至电阻R10和电容C1至电容C3；所述高速串行差分接收电路包括：高速LVDS解串器218、电阻R11至电阻R28和电容C4至电容C10；所述高速LVDS串行器215的数据输入端201作为并行图像数据的输入端，高速LVDS串行器215的同步信号输入端202作为行同步信号的输入端，高速LVDS串行器215的时钟输入端203作为数据时钟信号的输入端，高速LVDS串行器215的第一数据差分驱动器207的正输出端通过电阻R1、第一LVDS电缆和电阻R19与高速LVDS解串器218的第一数据差分接收器211的正输入端连接，高速LVDS串行器215的第一数据差分驱动器207的负输出端通过电阻R2、第一LVDS电缆和电阻R20与高速LVDS解串器218的第一数据差分接收器211的负输入端连接；
所述高速LVDS串行器215的第二数据差分驱动器208的正输出端通过电阻R3、第二LVDS电缆和电阻R21与高速LVDS解串器218的第二数据差分接收器212的正输入端连接，高速LVDS串行器215的第二数据差分驱动器208的负输出端通过电阻R4、第二LVDS电缆和电阻R22与高速LVDS解串器218的第二数据差分接收器212的负输入端连接；
所述高速LVDS串行器215的第三数据差分驱动器209的正输出端通过电阻R5、第三LVDS电缆和电阻R23与高速LVDS解串器218的第三数据差分接收器213的正输入端连接，高速LVDS串行器215的第三数据差分驱动器209的负输出端通过电阻R6、第三LVDS电缆和电阻R24与高速LVDS解串器218的第三数据差分接收器213的负输入端连接；
所述高速LVDS串行器215的时钟差分驱动器210的正输出端通过电阻R7、第四LVDS电缆和电阻R25与高速LVDS解串器218的时钟差分接收器214的正输入端连接，高速LVDS串行器215的时钟差分驱动器210的负输出端通过电阻R8、第四LVDS电缆和电阻R26与高速LVDS解串器218的时钟据差分接收器214的负输入端连接；
所述电阻R11的一端通过电阻R19与高速LVDS解串器218的第一数据差分接收器211的正输入端连接，电阻R11的另一端与电阻R12、电容C4的一端连接，所述电阻R12的另一端通过电阻R20与高速LVDS解串器218的第一数据差分接收器211的负输入端连接，所述电容C4的另一端接地；
所述电阻R13的一端通过电阻R21与高速LVDS解串器218的第二数据差分接收器212的正输入端连接，电阻R13的另一端与电阻R14、电容C5的一端连接，电阻R14的另一端通过电阻R22与高速LVDS解串器218的第二数据差分接收器212的负输入端连接，电容C5的另一端接地；
所述电阻R15的一端通过电阻R23与高速LVDS解串器218的第三数据差分接收器213的正输入端连接，电阻R15的另一端与电阻R16、电容C6的一端连接，电阻R16的另一端通过电阻R24与高速LVDS解串器218的第三数据差分接收器213的负输入端连接，电容C6的另一端接地；
所述电阻R17的一端通过电阻R25与高速LVDS解串器218的时钟差分接收器214的正输入端连接，电阻R17的另一端与电阻R18、电容C7的一端连接，电阻R18的另一端通过电阻R26与高速LVDS解串器218的时钟差分接收器214的负输入端连接，电容C7的另一端接地；
所述高速LVDS解串器218的数据输出端204作为图像数据的输出端，高速LVDS解串器同步信号输205出端作为行同步信号的输出端，高速LVDS解串器218时钟输出端206作为数据时钟信号的输出端；
所述高速LVDS串行器215的接地端217通过参考地线与高速LVDS解串器218的接地端220连接，电阻R9和电阻R10并联连接在电源VCC与高速LVDS串行器215的电源输入端216之间，电容C1、电容C2和电容C3并联连接在高速LVDS串行器215的电源输入端216与参考地线之间，电阻R27和电阻R28并联连接在电源VCC与高速LVDS解串器218的电源输入端219之间，电容C8、电容C9和电容C10并联连接在高速LVDS解串器218的电源输入端219与参考地线之间。
本实施方式所述高速LVDS串行器215的型号为DS90CR217，所述高速LVDS解串器218的型号为DS90CR218。
本实施方式所述的电阻R9和电阻R10是高速LVDS串行器215电源输入端的限流保护电阻，以防止高速LVDS串行器215的CMOS电路锁定效应，造成芯片烧毁，电阻R9的阻值和电阻R10的阻值相等；且阻值在10Ω～33Ω之间。所述的电容C1、电容C2和电容C3是高速LVDS串行器215电源输入端216的去耦网络，以防止浪涌电压叠加在电源VCC上，使高速LVDS串行器215有稳定的工作电压，电容C1的容值取0.1μF为所述C2的容值(取0.01μF)的10倍。所述电容C2的容值为所述C3的容值(取0.001μF)的10倍。
本实施方式所述电阻R27和电阻R28是高速LVDS解串器218电源输入端的限流保护电阻，以防止高速LVDS解串器218的CMOS电路锁定效应，造成芯片烧毁，电阻R27的阻值和电阻R28的阻值相等；且阻值在10Ω～33Ω之间。所述的电容C8、电容C9和电容C10是高速LVDS解串器218电源输入端219的去耦网络，以防止浪涌电压叠加在电源VCC上，使高速LVDS解串器218有稳定的工作电压，电容C8的容值取0.1μF为所述C9的容值(取0.01μF)的10倍。所述电容C9的容值为所述C10的容值(取0.001μF)的10倍。
本实施方式所述电阻R1～R10是高速LVDS串行器215输出端的保护电阻，防止高速LVDS串行器215输出端有较大容性负载时，流过高速LVDS串行器215输出端的冲击电流较大，造成电路失效，电阻R1～R10的阻值相等，且阻值在22Ω～51Ω之间。
本实施方式所述电阻R19～R26是高速LVDS解串器218输入端的保护电阻，防止LVDS电缆的分布电容和分布电感形成的LC振荡造成的高速LVDS解串器218输入端219的输入电流过大，造成电路失效，电阻R19～R26的阻值相等，且阻值在100Ω～330Ω之间。
本实施方式所述电阻R11～R18是高速LVDS解串器218输入端219的终端匹配电阻，主要是为了吸收负载反射信号的作用，同时此终端电阻来产生正常工作的差分电压，终端电阻最好使用精度为1％的电阻，电阻跨接在差分信号线上，并紧靠高速LVDS解串器218输入端，电阻R11～R18的阻值相等，且阻值在50Ω～60Ω之间。
本实施方式所述电容C4～C7是高速LVDS解串器218输入端的滤波电容，主要是为在环境干扰过大时，更好地滤掉LVDS信号的共模噪声，保证LVDS信号传输的完整性。电容C4～C7的容值相等，且容值在33pF～100pF之间。
本实施方式所述的LVDS传输电缆的长度不大于10m。

Claims (10)

1.星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，包括高速串行差分发送电路和高速串行差分接收电路；其特征是，所述高速串行差分发送电路接收星载高分辨率CCD相机输出的并行图像数据、行同步信号和数据时钟信号，所述并行图像数据和行同步信号通过高速串行差分发送电路在一个时钟周期内转换为三组数据LVDS信号流发送；数据时钟信号通过高速串行差分发送电路转换为时钟LVDS信号流在第四组LVDS信号流发送，所述四组LVDS信号流通过LVDS传输电缆传送至高速串行差分接收电路；所述的高速串行差分发送电路和高速串行差分接收电路分别设置在发送端印制电路板和接收端印制电路板上，所述两块印制电路板通过LVDS电缆进线连接。
2.根据权利要求1所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于，所述的高速串行差分发送电路包括高速LVDS串行器(215)、电阻R1至电阻R10和电容C1至电容C3；所述高速串行差分接收电路包括：高速LVDS解串器(218)、电阻R11至电阻R28和电容C4至电容C10；所述高速LVDS串行器(215)的数据输入端(201)作为并行图像数据的输入端，高速LVDS串行器(215)的同步信号输入端(202)作为行同步信号的输入端，高速LVDS串行器(215)的时钟输入端(203)作为数据时钟信号的输入端，高速LVDS串行器(215)的第一数据差分驱动器(207)的正输出端通过电阻R1、第一LVDS电缆和电阻R19与高速LVDS解串器(218)的第一数据差分接收器(211)的正输入端连接，高速LVDS串行器(215)的第一数据差分驱动器(207)的负输出端通过电阻R2、第一LVDS电缆和电阻R20与高速LVDS解串器(218)的第一数据差分接收器(211)的负输入端连接；
所述高速LVDS串行器(215)的第二数据差分驱动器(208)的正输出端通过电阻R3、第二LVDS电缆和电阻R21与高速LVDS解串器(218)的第二数据差分接收器(212)的正输入端连接，高速LVDS串行器(215)的第二数据差分驱动器(208)的负输出端通过电阻R4、第二LVDS电缆和电阻R22与高速LVDS解串器(218)的第二数据差分接收器(212)的负输入端连接；
所述高速LVDS串行器(215)的第三数据差分驱动器(209)的正输出端通过电阻R5、第三LVDS电缆和电阻R23与高速LVDS解串器(218)的第三数据差分接收器(213)的正输入端连接，高速LVDS串行器(215)的第三数据差分驱动器(209)的负输出端通过电阻R6、第三LVDS电缆和电阻R24与高速LVDS解串器(218)的第三数据差分接收器(213)的负输入端连接；
所述高速LVDS串行器(215)的时钟差分驱动器(210)的正输出端通过电阻R7、第四LVDS电缆和电阻R25与高速LVDS解串器(218)的时钟差分接收器(214)的正输入端连接，高速LVDS串行器(215)的时钟差分驱动器(210)的负输出端通过电阻R8、第四LVDS电缆和电阻R26与高速LVDS解串器(218)的时钟据差分接收器(214)的负输入端连接；
所述电阻R11的一端通过电阻R19与高速LVDS解串器(218)的第一数据差分接收器(211)的正输入端连接，电阻R11的另一端与电阻R12、电容C4的一端连接，所述电阻R12的另一端通过电阻R20与高速LVDS解串器(218)的第一数据差分接收器(211)的负输入端连接，所述电容C4的另一端接地；
所述电阻R13的一端通过电阻R21与高速LVDS解串器(218)的第二数据差分接收器(212)的正输入端连接，电阻R13的另一端与电阻R14、电容C5的一端连接，电阻R14的另一端通过电阻R22与高速LVDS解串器(218)的第二数据差分接收器(212)的负输入端连接，电容C5的另一端接地；
所述电阻R15的一端通过电阻R23与高速LVDS解串器(218)的第三数据差分接收器(213)的正输入端连接，电阻R15的另一端与电阻R16、电容C6的一端连接，电阻R16的另一端通过电阻R24与高速LVDS解串器(218)的第三数据差分接收器(213)的负输入端连接，电容C6的另一端接地；
所述电阻R17的一端通过电阻R25与高速LVDS解串器(218)的时钟差分接收器(214)的正输入端连接，电阻R17的另一端与电阻R18、电容C7的一端连接，电阻R18的另一端通过电阻R26与高速LVDS解串器(218)的时钟差分接收器(214)的负输入端连接，电容C7的另一端接地；
所述高速LVDS解串器(218)的数据输出端(204)作为图像数据的输出端，高速LVDS解串器(218)的同步信号输出端(205)作为行同步信号的输出端，高速LVDS解串器(218)时钟输出端(206)作为数据时钟信号的输出端；
所述高速LVDS串行器(215)的接地端(217)通过参考地线与高速LVDS解串器(218)的接地端(220)连接，电阻R9和电阻R10并联连接在电源VCC与高速LVDS串行器(215)的电源输入端(216)之间，电容C1、电容C2和电容C3并联连接在高速LVDS串行器(215)的电源输入端(216)与参考地线之间，电阻R27和电阻R28并联连接在电源VCC与高速LVDS解串器(218)的电源输入端(219)之间，电容C8、电容C9和电容C10并联连接在高速LVDS解串器(218)的电源输入端(219)与参考地线之间。
3.根据权利要求2所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述高速LVDS串行器(215)的型号为DS90CR217，所述高速LVDS解串器(218)的型号为DS90CR218。
4.根据权利要求2所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述电阻R9和电阻R10是高速LVDS串行器(215)电源输入端的限流保护电阻，电阻R9的阻值和电阻R10的阻值相等；所述的电容C1、电容C2和电容C3是高速LVDS串行器(215)电源输入端(216)的去耦网络，电容C1的容值为所述C2的容值的10倍；所述电容C2的容值为C3的容值的10倍。
5.根据权利要求2所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述电阻R27和电阻R28是高速LVDS解串器(218)电源输入端(219)的限流保护电阻，电阻R27的阻值和电阻R28的阻值相等；所述的电容C8、电容C9和电容C10是高速LVDS解串器(218)电源输入端(219)的去耦网络，电容C8的容值为所述C9的容值的10倍，所述电容C9的容值为所述C10的容值的10倍。
6.根据权利要求2所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述电阻R1～R10是高速LVDS串行器(215)输出端的保护电阻，所述电阻R1～R10的阻值相等。
7.根据权利要求2所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述电阻R19～R26是高速LVDS解串器(218)输入端的保护电阻，所述电阻R19～R26的阻值相等。
8.根据权利要求2所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述电阻R11～R18是高速LVDS解串器(218)输入端的终端匹配电阻，电阻R11～R18的阻值相等，所述阻值的精度为1％。
9.根据权利要求2所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述电容C4～C7是高速LVDS解串器(218)输入端的滤波电容，所述电容C4～C7的容值相等。
10.根据权利要求1所述的星载高分辨率CCD相机图像数据传输电路，其特征在于：所述LVDS传输电缆的长度不大于10m。
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