CN105304001B - 一种基于serdes的信号扩展盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SERDES的信号扩展盒，包括第一高速串行连接口、第一信号驱动单元、时钟单元、信号处理单元和至少两个信号发送单元；时钟单元包括时钟接收模块、时钟重建模块和时序产生模块，实现时钟的本地重生，达到级联信号时钟同步的目的；信号处理单元包括传输控制模块、GTP接收解调模块、传输信道解码模块、图像数据解包模块、图像数据缓存模块、RGB图像产生模块和图像数据组包模块，用于实现RGB信号的本地重生；各信号发送单元均包括GTP发送模块、第二信号驱动单元，第二高速串行连接口；本发明提供的基于SERDES的信号扩展盒，支持串联级联、分枝级联和混合级联，在保证信号质量的同时实现对信号源一对多的扩展。

Description

一种基于SERDES的信号扩展盒

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更具体地，涉及一种基于SERDES(Serializer-Deserializer)的信号扩展盒。

背景技术

在LCM(LCD Module)规模化测试中，LCM测试设备需要用到多路测试信号源，通过信号扩展盒的方式来实现测试信号源的扩展。

现有技术中，LCM测试设备的信号级联采用串联的方式，受信号衰减影响，该方式只支持一到两级级联，可提供的信号源数量有限；且由于级联信号线数量多，信号容易受干扰。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于SERDES的信号扩展盒，其目的在于通过SERDES接口级联解决信号扩展数量受限的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于SERDES的信号扩展盒，包括第一高速串行连接口、第一信号驱动单元、时钟单元、信号处理单元和至少两个发送单元；

其中，第一高速串行连接口作为输入接口；第一信号驱动单元用于增强接入信号的驱动能力，其输入端连接第一高速串行连接口的第一输出端；

时钟单元用于对接收到的RGB图像像素时钟信号进行去抖、均衡和重建，以消除信号传输中的干扰和抖动；输出本地图像时序信号；其输入端连接第一高速串行连接口的第二输出端；

信号处理单元用于对接收到的串行图像信号进行解调、解码、解包，生成并行RGB图像数据；并在本地图像时序信号的控制下根据并行的RGB图像数据生成本地RGB图像信号；将本地RGB图像信号重新组包，输出适于高速串行传输的并行图像组包数据；

信号处理单元的第一输入端连接第一信号驱动单元的输出端，接收SERDES图像串行传输信号；第二输入端连接第一高速串行连接口的第三输出端，接收HPD(热插拔检测)信号；第三输入端连接时钟单元的第二输出端；

信号发送单元用于对接收到的并行图像组包数据进行时钟同步、并串转换及传输编码；各信号发送单元的第一输入端均连接时钟单元的第一输出端，各信号发送单元的第二输入端均连接信号处理单元的输出端；

信号发送单元在收到本地图像时钟信号后启动，并根据该本地图像时钟信号对接收到的图像组包数据进行时钟同步和传输编码，生成串行信号。

优选的，时钟单元包括时钟接收模块、时钟重建模块和时序产生模块；时钟接收模块的输入端作为时钟单元的输入端，接收时钟信号；时钟重建模块的输入端连接时钟接收模块的输出端；时序产生模块的输入端连接时钟重建模块的输出端，接收本地重建同频同步时钟；时钟重建模块的输出端作为时钟单元的第一输出端，时序产生模块的输出端作为时钟单元的第二输出端；

其中，时钟接收模块用于对接收的图像时钟信号进行端接、均衡和去抖，生成净化的图像时钟信号；时钟重建模块通过锁相环对净化的图像时钟信号进行跟踪和恢复，重新生成同频的本地图像时钟信号；该本地图像时钟信号抖动小，不受传输干扰；时序产生模块在本地图像时钟信号控制下生成RGB图像时序，即VSYNC(场同步信号)、HSYNC(行同步信号)、DE(数据使能信号)的相互时序关系，该时序与上一级信号源输出的图像时序一致。

优选的，信号处理单元包括传输控制模块、GTP接收解调模块、传输信道解码模块、图像数据解包模块、图像数据缓存模块、RGB图像产生模块和图像数据组包模块；

其中，GTP接收解调模块的第一输入端作为信号处理单元的第一输入端，传输控制模块的输入端作为信号处理单元的第二输入端，GTP接收解调模块的第二输入端连接传输控制模块的输出端，接收传输启动控制信号；传输信道解码模块的输入端连接GTP接收解调模块的输出端，接收图像传输解调信号；图像数据解包模块的输入端连接传输信道解码模块的输出端，接收图像传输组包信号；图像数据缓存模块的输入端连接图像数据解包模块的输出端，接收原始图像数据；RGB图像产生模块的第一输入端连接图像数据缓存模块的输出端，接收经缓存后的原始图像数据，第二输入端连接时钟单元的第二输出端，接收本地RGB图像时序；图像数据组包模块的输入端连接RGB图像产生模块的输出端；图像数据组包模块的输出端作为信号处理单元的输出端；

其中，传输控制模块根据接入的RX_HPD(接收端热插拔检测)信号控制信号处理单元其他模块的工作，当收到RX_HPD信号时，该模块产生传输启动控制信号开启其余模块；否则使得其他模块停止状态，从而降低系统功耗，并避免外部随机干扰；

GTP接收解调模块对输入的串行图像传输信号进行端接、均衡和还原，使其恢复成标准的传输信号，以消除信号在传输中造成延时、畸变或干扰；再对标准的传输信号进行串并转换，生成并行解调数据；

传输信道解码模块对并行解调数据进行信道解码，去掉附在其中的与信道传输相关的比特码流，还原出图像组包数据；其中，信道码流是为了确保信号在串行传输里能稳定可靠传输而加入的编码方式；

图像数据解包模块对图像组包数据进行解包，以还原出原始图像数据；图像组包是将图像数据进行重新排列、分割、组合成新的数据的过程，目的是为了提高图像传输可靠性，避免传输时因干扰导致连续的大量数据错误或丢失，当组包后的数据出现错误或丢失，可使错误的数据关联性最小，使得所恢复的图像在观看时仍能被人眼所接受；

图像数据缓存模块用于缓存还原出的原始图像数据，以消除信号在传输过程造成的抖动；抖动可能导致图像出现闪烁、断续和/或黑屏，级联后抖动累积，加剧信号质量劣化；而缓存则可消除抖动；

RGB图像产生模块则在时钟单元提供的本地RGB时序信号控制下，读取缓存模块中的数据，生成本地稳定的标准RGB图像信号；

图像组包模块对输入的标准图像信号进行组包处理，输出数据包。

优选的，发送单元包括GTP发送模块、第二信号驱动单元和第二高速串行连接口；

其中，GTP发送模块的第一输入端作为发送单元的第一输入端，第二输入端作为发送单元的第二输入端；第二高速串行连接口的第一输入端连接GTP发送模块的第一输出端，接收HPD信号；第二输入端连接GTP发送模块的第二输出端，接收时钟信号；第三输入端连接第二信号驱动单元的输出端；第二信号驱动单元的输入端连接GTP发送模块的第三输出端，接收SERDES串行传输信号。

进一步优选的，GTP发送模块包括图像同步发送模块，传输信道编码模块和GTP发送调制模块；

其中，图像同步发送模块的第一输入端作为GTP发送模块的第一输入端，第二输入端作为GTP发送模块第二输入端；第一输出端作为GTP发送模块的第一输出端，第二输出端作为GTP发送模块的第二输出端；传输信道编码模块的输入端连接图像同步发送模块的第三输出端；GTP发生调整模块的输入端连接传输信号编码信号的输出端，接收图像传输信号；GTP发送调制模块的输出端，则作为GTP发送模块的第三输出端；

其中，图像同步发送模块接收并缓存本地图像时钟信号和图像组包数据；为实现各个信号发送单元能同步处理和输出信号，先将数据缓存，再通过全局同步的本地图像时钟采出数据送入传输信道编码模块处理；

该全局同步的时钟是所有GTP发送模块的工作时钟，各GTP模块根据时钟同步工作；该时钟经过放大和驱动后作为TX_CLK发送图像时钟信号输出，供给下一级设备；

传输信号编码模块对接收到的同步后的图像组包数进行信道编码；在该模块读取数据时，图像同步发送模块输出TX_HPD(发送端热插拔检测)信号；下一级设备根据TX_HPD确定上一级设备输出开始；

GTP发送调制模块对图像编码信号进行并串转换，并对输出的串行输出信号进行预加重、加大驱动强度；以增强输出信号的驱动能力。

优选的，上述时钟单元、信号处理单元和GTP发送模块采用FPGA实现。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的基于SERDES的信号扩展盒，利用SERDES串行传输方式，与现有技术的LVDS并行传输方式相比，在高速信号传输方面，传输质量更高、无需同步、信号畸变小、信号抖动小，传输距离远，信号抗干扰能力强，满足图像信号发生器的扩展需求；应用到点屏测试中，通过本发明提供的信号扩展盒，可将一台图像信号发生器扩展输出多个信号源，应用到测试中，可以极大的降低测试成本，简化测试环境；

(2)另一方面，本发明提供的信号扩展盒，基于SERDES接口，具有级联功能，可进行分支级联：一台信号扩展盒的SERDES接口连接到下一级的信号扩展盒输入端，形成多级分支级联，可进一步满足多信号源测试的需求；

(3)本发明提供的基于SERDES的信号扩展盒，对输入的SERDES串行图像信号，进行本地再生后再进行并串转换，输出信号的质量与图像还原效果与图像信号源输出信号的质量相同；应用到级联中，每一级信号扩展盒输出信号的质量均与原始图像信号源提供的信号质量相当；级联或扩展对对输出图像信号的质量无影响；

(4)本发明提供的基于SERDES的信号扩展盒，采用SERDES接口级联，信号线数量少，串扰少，信号质量更高；其优选方案采用FPGA实现，通过FPGA自带的TRANSCEIVER功能模块即可实现时钟处理和信号处理，具有可靠性高、低成本的特点。

附图说明

图1是本发明提供的信号扩展盒的系统框图；

图2是实施例提供的信号扩展盒的系统框图；

图3是实施例提供的信号扩展盒的串联级联应用；

图4是实施例提供的信号扩展盒的混合级联应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例提供的一种基于SERDES的信号扩展盒，其高速串行连接口采用采用HDMI(High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)标准接口；级联信号采用SERDES信号，具有一个级联输入口，多个级联输出口，可支持多达12个输出口；每个输出口都可再级联下一级基于SERDES的信号扩展盒。

实时例提供的信号扩展盒，其系统框图如图2所示；采用PS8330芯片作为信号驱动单元；时钟单元、信号处理单元、发送单元的GTP发送模块采用一颗FPGA芯片实现；

其中，时钟单元包括时钟接收模块、时钟重建模块和时序产生模块；信号处理单元包括传输控制模块、GTP接收解调模块、传输信道解码模块、图像数据解包模块、图像数据缓存模块、RGB图像产生模块、图像数据组包模块；发送单元的GTP发送模块包括图像同步发送模块，传输信道编码模块和GTP发送调制模块；

输入信号从第一HDMI接口输入，输出SERDES图像串行传输信号、时钟信号RX_CLK和信号插入侦测信号RX_HPD；

将SERDES图像串行传输信号接入到PS8330，增强该信号的驱动能力；将经驱动后的SERDES图像串行传输信号接入到信号处理单元，经过解调、解码、解包、缓存、再生和组包，生成一个个分隔的图像包；每个图像数据包均包括包头、几个像素的字节、数据长度字节、数据校验字节；图像数据包之间与相互独立，及降低掉包或错包对图像质量的影响；

将时钟信号RX_CLK接入时钟单元，经过本地重建，产生本地RGB图像时序；时钟单元用于生成各级信号的同步时钟；

接收端接入检测信号RX_HPD用于指示信号插入状态，当侦测到有信号输入时，打开GTP接收解调模块；

发送端接入检测信号TX_HPD用于指示下一级设备接入状态，当TX_HPD侦测到有下一级设备时，打开接入了下一级设备的GTP发送模块；输出的信号由信号驱动单元PS8330处理，增强信号驱动能力，经驱动后的SERDES信号通过HDMI口输出到下一级设备。

实施例提供的信号扩展盒支持3种级联方式：串联级联、分枝级联、串联与分枝混合级联。

以下结合图3，具体阐述实施例提供的信号扩展盒的串联级联应用；在该测试场景下，信号扩展盒与待测系统的连接如图3所示意的：在只有1台信号发生器(PG)，但有4台待测屏，需要信号扩展设备来测试点屏的测试场景，采用实施例提供的信号扩展盒串联级联的方式来解决1台PG对多台待测屏的问题；

第一信号扩展盒的输入端连接信号发生器PG的输出端，接收LVDS信号；第一信号扩展盒的第一HDMI接口连接第一待测屏，输出点屏信号，第二HDMI接口则级联第二信号扩展盒；

第二信号扩展盒的第一HDMI接口连接第二待测屏，输出点屏信号，第二HDMI接口则级联第三信号扩展盒；第三信号扩展盒的第一HDMI接口连接第三待测屏，输出点屏信号，第二HDMI接口则级联第四信号扩展盒；

第四信号扩展盒的第一HDMI接口连接第四待测屏，输出点屏信号；在该应用场景下，第四信号扩展盒仍然可以进一步往下级联，提供更多的点屏信号；

由于本发明提供的信号扩展盒具有本地时钟再生和本地RGB图像信号再生的功能，且在输出端采用信号驱动单元增强输出信号的驱动能力，使得信号扩展盒可以提供多级串联级联，而每级信号扩展盒输出的点屏信号的信号质量与信号发生器输出的信号质量保持一致。

以下结合图4，具体阐述实施例提供的信号扩展盒的混合级联应用；在该测试场景下，只有一台信号发生器，有三处测试台，各测试台间隔至少4米的距离，各测试台上设有4台待测屏；该情况下利用实施例提供的基于SERDES的信号扩展盒，采用混合级联的方式解决1台PG对多台待测屏的问题；信号扩展盒与待测系统的连接如图4所示意的：

第一信号扩展盒的输入端连接信号发生器PG的输出端，接收LVDS信号；第一信号扩展盒的第一HDMI接口级联第五信号扩展盒，与其HDMI信号输入口连接；第二HDMI接口级联第二信号扩展盒，与其HDMI信号输入口连接；第三HDMI接口级联第九信号扩展盒，与其HDMI信号输入口连接；第四HDMI接口连接第一待测屏，输出点屏信号；

第二信号扩展盒的第一HDMI接口连接第二待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第三信号扩展盒；

第三信号扩展盒的第一HDMI接口连接第三待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第四信号扩展盒；

第四信号扩展盒的第一HDMI接口连接第四待测屏，输出点屏信号；

第五信号扩展盒的第一HDMI接口连接第五待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第六信号扩展盒；

第六信号扩展盒的第一HDMI接口连接第六待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第七信号扩展盒；

第七信号扩展盒的第一HDMI接口连接第七待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第八信号扩展盒；

第八信号扩展盒的第一HDMI接口连接第八待测屏，输出点屏信号；

第九信号扩展盒的第一HDMI接口连接第九待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第十信号扩展盒；

第十信号扩展盒的第一HDMI接口连接第十待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第十一信号扩展盒；

第十一信号扩展盒的第一HDMI接口连接第十一待测屏，输出点屏信号；第二HDMI接口连接第十二信号扩展盒；

第十二信号扩展盒的第一HDMI接口连接第十二待测屏，输出点屏信号；信号发生器与第一信号扩展盒之间采用LVDS线缆连接；各信号扩展盒之间采用HDMI线缆连接。

在该应用场景下，第一、第二、第三、第四信号扩展盒之间采用串联连接；第五、第六、第七、第八信号扩展盒之间采用串联级联；第九、第十、第十一、第十二信号扩展盒之间采用串联连接；而第一信号扩展盒、第五信号扩展盒、第九信号扩展盒之间采用分枝级联；整个测试系统里，十二个信号扩展盒构成混合级联。

同样的，由于该信号扩展盒具有本地时钟再生和本地RGB图像信号再生的功能，且在输出端采用了信号驱动单元增强输出信号的驱动能力，使得各级信号扩展盒输出的点屏信号的信号质量与信号发生器输出的信号质量保持一致；并且，在各信号扩展盒内部，采用的SERDES信号作为级联信号，采用标准的HDMI接口，具有速度快，带宽高，性能稳定的特点，解决一台信号发生器对应多台待测屏时信号源不够的问题；在保证信号质量的情况下，即降低了测试成本，又简化了测试系统；其中，高速串行连接口不限于HDMI接口，还可以采用LVDS接口、MIPI接口或V-BY-ONE接口级联的接口。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于SERDES的信号扩展盒，其特征在于，包括第一高速串行连接口、第一信号驱动单元、时钟单元、信号处理单元和至少两个信号发送单元；

所述第一高速串行连接口作为输入接口；所述第一信号驱动单元的输入端连接第一高速串行连接口的第一输出端；

所述时钟单元用于对接收到的RGB图像像素时钟信号进行去抖、均衡和重建，其输入端连接第一高速串行连接口的第二输出端；

所述信号处理单元用于对接收到的串行图像信号进行解调、解码、解包和本地重建，其第一输入端连接第一信号驱动单元的输出端，第二输入端连接第一高速串行连接口的第三输出端，第三输入端连接时钟单元的第二输出端；

所述信号发送单元用于对接收到的并行图像组包数据进行时钟同步、并串转换及传输编码；各信号发送单元的第一输入端均连接时钟单元的第一输出端，各信号发送单元的第二输入端均连接信号处理单元的输出端。

2.如权利要求1所述的信号扩展盒，其特征在于，所述时钟单元包括时钟接收模块、时钟重建模块和时序产生模块；所述时钟接收模块的输入端作为时钟单元的输入端；

所述时钟重建模块的输入端连接时钟接收模块的输出端，时序产生模块的输入端连接时钟重建模块的输出端；所述时钟重建模块的输出端作为时钟单元的第一输出端，时序产生模块的输出端作为时钟单元的第二输出端。

3.如权利要求1或2所述的信号扩展盒，其特征在于，所述信号处理单元包括传输控制模块、GTP接收解调模块、传输信道解码模块、图像数据解包模块、图像数据缓存模块、RGB图像产生模块和图像数据组包模块；

所述GTP接收解调模块的第一输入端作为信号处理单元的第一输入端，传输控制模块的输入端作为信号处理单元的第二输入端，GTP接收解调模块的第二输入端连接传输控制模块的输出端，传输信道解码模块的输入端连接GTP接收解调模块的输出端，图像数据解包模块的输入端连接传输信道解码模块的输出端，图像数据缓存模块的输入端连接图像数据解包模块的输出端；

所述RGB图像产生模块的第一输入端连接图像数据缓存模块的输出端，第二输入端连接时钟单元的第二输出端，图像数据组包模块的输入端连接RGB图像产生模块的输出端；所述图像数据组包模块的输出端作为信号处理单元的输出端。

4.如权利要求1或2所述的信号扩展盒，其特征在于，所述信号发送单元包括GTP发送模块、第二信号驱动单元，第二高速串行连接口；

所述GTP发送模块的第一输入端作为发送单元的第一输入端，第二输入端作为发送单元的第二输入端；所述第二高速串行连接口的第一输入端连接GTP发送模块的第一输出端，第二输入端连接GTP发送模块的第二输出端，第三输入端连接第二信号驱动单元的输出端；所述第二信号驱动单元的输入端连接GTP发送模块的第三输出端。

5.如权利要求4所述的信号扩展盒，其特征在于，所述GTP发送模块包括图像同步发送模块，传输信道编码模块和GTP发送调制模块；

所述图像同步发送模块的第一输入端作为GTP发送模块的第一输入端，第二输入端作为GTP发送模块第二输入端，第一输出端作为GTP发送模块的第一输出端，第二输出端作为GTP发送模块的第二输出端；

所述传输信道编码模块的输入端连接图像同步发送模块的第三输出端；所述GTP发生调整模块的输入端连接传输信号编码信号的输出端，GTP发送调制模块的输出端作为GTP发送模块的第三输出端。