CN104881390B - 通过串行并行总线相互转换以减少线缆数量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种通过串行并行总线相互转换以减少线缆数量的方法，采用一颗CPLD或FPGA可编程逻辑芯片，且芯片内部带有DLL（delay‑locked loop）和DDR（Double Data Rate）功能，以及芯片的管脚速率和系统时钟频率应至少是所有低速信号2倍以上。各类低速总线信号、各类低速信号送入至可编程逻辑芯片，其随路同步时钟或其他时钟也送入至可编程逻辑芯片。FIFO存储单元用于串并转换时数据缓存用。DDR采样单元用于低速信号在时钟的上升沿、下降沿同时采样，从而降低可编程逻辑芯片内部系统时钟频率2倍，降低了对芯片内的系统时钟频率要求。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，主要应用于对体积、装配可靠性要求较高的便携式电子产品，涉及一种通过可编程逻辑语言实现串行并行总线转换，从而减少电路模块间线缆根数的方法。
背景技术
对于一些带有视频显示或者视频采集系统的便携式产品，其电路内部常带有高速并行总线，比如视频方面的RGB、BT.1120总线，电路印制板间常采用FPC(Flexible PrintedCircuit board)柔性板或者普通导线连接，所需线缆根数较多，通常在30根以上。部分便携设备的按键开关、旋钮操作键较多，或因结构限制导致分成多块电路印制板，各印制板的信号通过多个线缆相连，导致设备内部的线缆数量较多。对于带有旋转功能的部件，比如可旋转的LCD显示屏，使用FPC线会带来不易穿过旋转部件、多次旋转容易损坏的缺点。FPC线缆在生产装配时难以准确检测是否装配到位，在运输、使用过程中经受多次振动时，一旦装配不到位较易出现接触不良现象。有经验的工程师可知，电子设备EMC设计难点主要有两点：一是设备的各个外部端口防护；二是设备内部各线缆的EMI设计，过多的内部线缆给EMC设计带来很大挑战。
发明内容
本发明是一种针对各低速信号进行并行转串行处理，转换成高速串行差分信号来传输，从而减少线缆根数，降低结构设计难度和产品体积，并可降低EMC设计难度。
为了达到上述目的，本发明设计一种通过串行并行总线相互转换以减少线缆数量的方法，采用一颗CPLD或FPGA可编程逻辑芯片，且芯片内部带有DLL（delay-locked loop）和DDR（Double Data Rate）功能，以及芯片的管脚速率和系统时钟频率应至少是所有低速信号2倍以上。各类低速总线信号、各类低速信号送入至可编程逻辑芯片，其随路同步时钟或其他时钟也送入至可编程逻辑芯片。FIFO存储单元用于串并转换时数据缓存用。DDR采样单元用于低速信号在时钟的上升沿、下降沿同时采样，从而降低可编程逻辑芯片内部系统时钟频率2倍，降低了对芯片内的系统时钟频率要求。DLL时钟倍频单元的倍频数根据低速信号最高频率、串行总线每周期的bit数、参考时钟频率决定，计算公式如下：
最小倍频数=低速信号最高频率*串行总线每周期bit数/输入时钟频率
DLL时钟分频单元分频数和倍频数相同，输出和串行数据相位固定的随路时钟，串行总线在每个随路时钟周期内来传输并行信号的数据。
对于串行转并行功能实现方法，串行数据和随路时钟输入至可编程逻辑芯片中，DLL时钟倍频单元倍频数和并串转换中的DLL相同，DLL输出的倍频时钟分别送入DDR采样单元1和FIFO存储单元2，倍频时钟在随路时钟每个周期内依次取出各个并行信号的数据，从而实现串行转并行功能，如果低速总线需要提供同步随路时钟，则可通过DLL时钟分频单元来产生。
其中所述的串行信号采用差分电平。
本发明选用内部集成DLL功能的可编程逻辑芯片，可减少外围器件数量，电路集成度更高；选用内部集成DDR功能的可编程逻辑芯片，可编程芯片内系统时钟频率可降低2倍，降低了可编程芯片的性能要求，或者可处理更高速率的并行信号。
本发明电路设计方案中，串行信号采用差分电平，例如LVDS电平、CML电平、LVPECL电平等，物理上采用细同轴线缆，一是可保证信号完整性，二是可提升EMC效果。细同轴线缆端子选用带有锁扣装置的类型，在装配时锁扣到单板连接器上，以提升产品振动条件下的可靠性。
综上所述，本发明具有以下特点：
1.本发明给出一种串并转换、并串转换的实现方法;
2.本发明采用一颗可编程逻辑芯片,特别地使用带有DDR和DLL功能的芯片，并使用上述功能来实现串并转换、并串转换功能。
本发明采用带有DLL和DDR单元的可编程逻辑芯片来进行串并转换、并串转换，无需软件来处理各种低速总线协议，大幅减少了各电路模块间相连的线缆根数。采用差分信号和细同轴线缆有利于EMC设计。本发明尤其适用于电路模块间线缆数量较多，且带有部分较高速率总线的便携式产品，并对装配难度、体积轻巧和EMC等级要求较高的产品。
附图说明
图1是本发明实施例并串转换示意图。
图2是本发明实施例并串转换时序图。
图3是本发明实施例串并转换示意图。
图4是本发明实施例串并相互转换示意图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1。
本实施例描述的一种通过串行并行总线相互转换以减少线缆数量的方法，使用硬件描述语言来实现串行转并行、并行转串行功能，以及DLL（数字锁相环）倍频和DDR（双边沿采样）功能，并把编译程序烧写到一颗小封装的CPLD或FPGA中。
本发明采用一颗CPLD或FPGA的可编程逻辑芯片，要求芯片内部带有DLL和DDR功能。芯片的管脚速率和系统时钟速率应至少是所有低速信号2倍以上（需满足奈奎斯特采样定理）。
对于并行转串行功能实现方法参见图1。图1左侧各类低速总线信号、各类低速信号送入至可编程逻辑芯片，其低速总线的随路同步时钟或其他时钟也送入至可编程逻辑芯片。FIFO存储单元用于串并转换时数据缓存用。DDR采样单元用于数据在时钟的上升沿、下降沿同时采样，从而降低可编程逻辑芯片内部系统时钟频率2倍，降低了对芯片内的系统时钟频率要求。DLL时钟倍频单元的倍频数根据低速信号最高频率、串行总线每周期的bit数、参考时钟频率决定，计算公式如下：
最小倍频数=低速信号最高频率*串行总线每周期bit数/输入时钟频率
例如视频RGB并行数据总线速率最高27MHz，输入时钟频率也是27MHz，每组串行总线每周期传输8bit数据，则DLL最小倍频数为：
DLL最小倍频数=27*8/27=8
DLL时钟分频单元分频数和倍频数相同，输出和串行数据相位固定的随路时钟。串行总线在每个随路时钟周期内来传输并行信号的数据。图2以4:1串并转换为例，即4个并行信号转换为串行信号时，各功能单元的时序对应关系。
对于串行转并行功能实现方法参见图3。串行数据和随路时钟输入至可编程逻辑芯片中。DLL时钟倍频单元倍频数和并串转换中的DLL相同。DLL输出的倍频时钟分别送入DDR采样单元1和FIFO存储单元2，倍频时钟在随路时钟每个周期内依次取出各个并行信号的数据，从而实现串行转并行功能。如果低速总线需要提供同步随路时钟，则可通过DLL时钟分频单元来产生。
其中串行信号采用差分电平，例如LVDS电平、CML电平、LVPECL电平等，物理上采用细同轴线缆，一是可保证信号完整性，二是可提升EMC效果。
具体应用时，将本发明所述的方法应用于热像仪产品。该热像仪上带有一个LCD显示屏部件，用于视频数据显示。LCD屏下方带有8个按键，用于操控设备。整个LCD显示屏部件支持水平和垂直方面旋转，便于用户操作。该部件内部有一个转接印制板，和主控印制板之间需通过线缆连接。各线缆的信号定义参见图4，分别是RGB888总线共28个，LCD屏控制信号6个，按键状态信号共8个，共计42个，因此需要一根42PIN的线缆。由于线缆需经过转轴部件，空间较小，且较多线缆容易带来EMC问题。
采用本发明方案，在转接印制板和主控印制板上分别使用了一颗LATTICE公司型号为XO3L-1300的CPLD，其封装尺寸为6mm*6mm。该芯片内部集成了DLL和DDR功能。经过串并转换后采用LVDS差分电平来传输，因此共6组串行差分信号。故选用一根12PIN细同轴线缆。采用本发明方案减少了30根线缆，满足了产品体积小、可靠性高、EMC等级高的要求。
Claims (2)
1.一种通过串行并行总线相互转换以减少线缆数量的方法，其特征是：采用一颗CPLD或FPGA的可编程逻辑芯片，要求芯片内部带有DLL和DDR功能，芯片的管脚速率和系统时钟速率应至少是所有低速信号2倍以上，各类低速总线信号、各类低速信号送入至可编程逻辑芯片，其低速总线的随路同步时钟也送入至可编程逻辑芯片，FIFO存储单元与可编程逻辑芯片连接用于串并转换时数据缓存用，DDR采样单元是可编程逻辑芯片特定功能内置于可编程逻辑芯片中，数据可通过时钟的上升沿、下降沿同时采样，从而降低可编程逻辑芯片内部系统时钟频率2倍，降低了对芯片内的系统时钟频率要求，DLL时钟倍频单元的倍频数根据低速信号最高频率、串行总线每周期的bit数、参考时钟频率决定，计算公式如下：
最小倍频数=低速信号最高频率*串行总线每周期bit数/输入时钟频率
DLL时钟分频单元分频数和倍频数相同，输出和串行数据相位固定的随路时钟，串行总线在每个随路时钟周期内来传输并行信号的数据；
对于串行转并行功能实现方法；串行数据和随路时钟输入至可编程逻辑芯片中，DLL时钟倍频单元倍频数和并串转换中的DLL相同，DLL输出的倍频时钟分别送入DDR采样单元和FIFO存储单元，倍频时钟在随路时钟每个周期内依次取出各个并行信号的数据，从而实现串行转并行功能，如果低速总线需要提供同步随路时钟，则可通过DLL时钟分频单元来产生；所述的并行转串行功能与前述的串行转并行相反；
应用时，通过将并行信号转为串行信号传输，达到减少信号传输线缆数量的目的。
2.根据权利要求1所述的通过串行并行总线相互转换以减少线缆数量的方法，其特征是所述的串行信号采用差分电平。
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