CN110597748B - 一种基于tlk2711的高速通信接口及数据处理系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，涉及惯性测量技术领域；包括电源模块、通信接口模块和数据处理模块；其中，电源模块包括开关电源和线性稳压电源；通信接口模块包括FPGA、配置存储器、温补晶振、接口电路和电连接器；数据处理模块包括接口转接盒、板卡和电脑终端；电源模块采用开关电源与线性电源两种供电方式，供电效率高且稳定性好；通信接口模块采用TLK2711串行接口通信，降低数据互联复杂程度，数据传输速率高，实时性及准确性好；采用自同步通信方式，信号时钟精度高；电连接器引脚少，电路布线简单，抗干扰能力强；数据处理端引入低通滤波处理，获取严格的线性相位，避免高频角位移数据的相位失真。

Description

一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统
技术领域
本发明涉及一种惯性测量技术领域，特别是一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统。
背景技术
随着航天领域的发展，用于通信、气象、对地观测、技术试验及军事领域的空间遥感技术应用十分广泛。航天器测得的数据以图像的方式传输至地面，进行数据处理和分析。由于数据量较为庞大，需要实现高速采集存储。
目前，遥感卫星载荷与数传分系统之间的数据接口电平一般有晶体管逻辑(TTL)电平、发射极耦合逻辑(ECL)电平、RS422电平、低压差分信号(LVDS)电平、电压型逻辑(VML)电平等。其中，TTL电平的抗干扰能力较差，电缆线长度不宜超过3m，对星载设备布局要求和限制较多；后几种电平均为差分工作方式，抗干扰能力强，可以有效抑制引线串扰的影响。但ECL接口直流功耗较大，RS422接口的最大传输速率仅为10Mbit/s，难以应用于高速数据传输；而LVDS接口具有传输速率高、功耗小、抗共模干扰抑制能力强等优点，在遥感卫星载荷数据接口设计中应用广泛。
LVDS接口由于接口时钟频率的限制，每路最高速率约为100Mbit/s左右，通常采用多路信号并行的方式进行传输。在单路最高速率的限制下，如果采用LVDS接口，为了满足高速数据传输需求，只能单纯地依靠增加并行路数来提高接口速率。然而，并行路数的增加将导致设备内部附属电路、设备面板电连接器以及设备之间传输电缆数量的显著增加，设备尺寸和重量及电缆重量随之增加，不利于设备的研制和系统的集成。同时，LVDS接口采用时钟同步信号，传输过程中时钟与数据分别发送，各信号的瞬时抖动不一致必将导致传输质量的下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，降低了数据互联复杂程度，数据传输速率高，实时性及准确性好；抗干扰能力强，获取严格的线性相位，避免高频角位移数据的相位失真。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，包括电源模块、通信接口模块和数据处理模块；其中，电源模块包括开关电源和线性稳压电源；通信接口模块包括FPGA、配置存储器、温补晶振、接口电路和电连接器；数据处理模块包括接口转接盒、板卡和电脑终端；
开关电源：为FPGA供电；
线性稳压电源：为接口电路和配置存储器供电；
配置存储器：上电后，生成配置信息；将配置信息发送至FPGA；
FPGA：上电后，接收从配置存储器传来的配置信息；通过配置信息进行自身初始化处理；采集外部通信数据，对通信数据进行整合，生成高速数据包；并将高速数据包发送至接口电路；
温补晶振：生成时钟信号和频率基准，并将时钟信号和频率基准发送至接口电路；
接口电路：接收温补晶振传来的时钟信号和频率基准；接收FPGA传来的高速数据包；以温补晶振传来的时钟信号和频率基准对高速数据包进行高速并串转化处理，生成转化后数据包，将转化后数据包通过电连接器发送至板卡；
板卡：接收接口电路传来的转化后数据包，对转化后数据包进行解析，生成解码数据包；将解码数据包发送至电脑终端；
电脑终端：接收板卡传来的解码数据包，对解码数据包依次进行滤波、解析处理，得到有效数据。
在上述的一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，所述FPGA生成的高速数据包长度为1544周期；字节数为1544*16bit。
在上述的一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，FPGA向接口电路发送高速数据包的频率为：每8个高速数据包发送依次。
在上述的一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，所述开关电源采用TPS54310开关电源；线性稳压电源采用MSK电源。
在上述的一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，所述接口电路的带宽为2.16Gbps。
在上述的一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，所述温补晶振频率为100Hz，工作温度为-40℃～+85℃；输出精度优于10ns。
在上述的一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，所述接口电路采用TLK2711接口电路；采用高速串行差分的传输方式；采用自同步通信方式，实现了信号和时钟的不偏移。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了开关电源和线性稳压电源供电，实现高供电效率与电压高稳定度的需求；
(2)本发明采用了TLK2711高速串行接口通信，降低数据互联复杂程度，数据传输速率高，实时性及准确性好；
(3)本发明采用的电连接器引脚少，电路布线简单，抗干扰能力强；
(4)本发明引入低通滤波进行数据处理，获取严格的线性相位，避免高频角位移数据的相位失真。
附图说明
图1为本发明高速通信接口及数据处理系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为高速通信接口及数据处理系统示意图，由图可知，一种基于TLK2711的高速通信接口及数据处理系统，包括电源模块、通信接口模块和数据处理模块；其中，电源模块包括开关电源和线性稳压电源；通信接口模块包括FPGA、配置存储器、温补晶振、接口电路和电连接器；数据处理模块包括接口转接盒、板卡和电脑终端；
开关电源：为FPGA供电；开关电源采用TPS54310开关电源。
线性稳压电源：为接口电路和配置存储器供电；线性稳压电源采用MSK电源。实现电源高效率利用；同时，采用MSK的线性稳压电源，为对电压稳定度要求较高的FPGA部分管脚，包括与BANK管脚和辅助电压VCCA_AUX管脚，及配置存储器供电，保证电压具备较高的稳定度。
配置存储器：上电后，生成配置信息；将配置信息发送至FPGA；
FPGA：上电后，接收从配置存储器传来的配置信息；通过配置信息进行自身初始化处理；采集外部通信数据，对通信数据进行整合，生成高速数据包；高速数据包长度为1544周期；字节数为1544*16bit。并将高速数据包发送至接口电路。FPGA向接口电路发送高速数据包的频率为：每8个高速数据包发送依次。FPGA选用XC5VLX50-2FF324I，使用JTAG和Master Select MAP两种配置模式，JTAG模式支持在线调试源程序，Master Select MAP模式可以提供8bit或者16bit双向数据总线接口，CCLK时钟输出，支持共用数据总线实现多设备级联配置，从存储器中加载程序，完成数据采集与处理。
温补晶振：生成时钟信号和频率基准，并将时钟信号和频率基准发送至接口电路；温补晶振频率为100Hz，工作温度为-40℃～+85℃；输出精度优于10ns。
接口电路：接收温补晶振传来的时钟信号和频率基准；接收FPGA传来的高速数据包；以温补晶振传来的时钟信号和频率基准对高速数据包进行高速并串转化处理，生成转化后数据包，将转化后数据包通过电连接器发送至板卡。
接口电路的带宽为2.16Gbps。接口电路采用TLK2711接口电路；采用高速串行差分的传输方式；采用自同步通信方式，实现了信号和时钟的不偏移。
板卡：接收接口电路传来的转化后数据包，对转化后数据包进行解析，生成解码数据包；将解码数据包发送至电脑终端；
电脑终端：接收板卡传来的解码数据包，对解码数据包依次进行滤波、解析处理，得到有效数据。
本发明采用TLK2711接口电路，以高速串行差分的方式进行传输。TLK2711是一种基于串行/解串(SERializer/DESerializer，SerDes)技术的高速收发器件，单路串行传输速率高达2.5Gbit/s。TLK2711采用采用VML差分信号，具有较好的抗干扰能力；同时TLK2711采用自同步通信方式，利用时钟和数据恢复技术代替同步传输数据和时钟，有效解决了信号和时钟偏移问题；此外，串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的连接器引脚数目，降低芯片外围引脚数，设备及电缆布线更为简单，系统抗干扰能力更强。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种基于TLK2711的高速通信及数据处理系统，其特征在于：包括电源模块、通信接口模块和数据处理模块；其中，电源模块包括开关电源和线性稳压电源；通信接口模块包括FPGA、配置存储器、温补晶振、接口电路和电连接器；数据处理模块包括接口转接盒、板卡和电脑终端；
开关电源：为FPGA供电；
线性稳压电源：为接口电路和配置存储器供电；
配置存储器：上电后，生成配置信息；将配置信息发送至FPGA；
FPGA：上电后，接收从配置存储器传来的配置信息；通过配置信息进行自身初始化处理；采集外部通信数据，对通信数据进行整合，生成高速数据包；并将高速数据包发送至接口电路；
温补晶振：生成时钟信号和频率基准，并将时钟信号和频率基准发送至接口电路；
接口电路：接收温补晶振传来的时钟信号和频率基准；接收FPGA传来的高速数据包；以温补晶振传来的时钟信号和频率基准对高速数据包进行高速并串转化处理，生成转化后数据包，将转化后数据包通过电连接器发送至板卡；
板卡：接收接口电路传来的转化后数据包，对转化后数据包进行解析，生成解码数据包；将解码数据包发送至电脑终端；
电脑终端：接收板卡传来的解码数据包，对解码数据包依次进行滤波、解析处理，得到有效数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于TLK2711的高速通信及数据处理系统，其特征在于：所述FPGA生成的高速数据包长度为1544周期；字节数为1544*16bit。
3.根据权利要求2所述的一种基于TLK2711的高速通信及数据处理系统，其特征在于：FPGA向接口电路发送高速数据包的频率为：每8个高速数据包发送一次。
4.根据权利要求3所述的一种基于TLK2711的高速通信及数据处理系统，其特征在于：所述开关电源采用TPS54310开关电源；线性稳压电源采用MSK电源。
5.根据权利要求4所述的一种基于TLK2711的高速通信及数据处理系统，其特征在于：所述接口电路的带宽为2.16Gbps。
6.根据权利要求5所述的一种基于TLK2711的高速通信及数据处理系统，其特征在于：所述温补晶振频率为100Hz，工作温度为-40℃～+85℃；输出精度优于10ns。
7.根据权利要求6所述的一种基于TLK2711的高速通信及数据处理系统，其特征在于：所述接口电路采用TLK2711接口电路；采用高速串行差分的传输方式；采用自同步通信方式，实现了信号和时钟的不偏移。
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