CN111427829A - CoaXPress协议的低速上行信号解调电路、CoaXPress协议的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路、CoaXPress协议的驱动电路。其中，该CoaXPress协议的低速上行信号解调电路包括：信号分离模块、信号放大模块；其中，信号分离模块的输入端耦合至CoaXPress同轴线缆的差分信号线，输出端耦合至信号放大模块的输入端，信号分离模块用于从CoaXPress同轴线缆中分离出低速上行信号；信号放大模块的输出端耦合至低速上行信号输出端，用于放大低速上行信号。通过本发明，解决了相关技术中存在的通用总线驱动芯片不兼容CXP协议的问题，实现了通用驱动芯片通用总线驱动芯片兼容CXP协议。
Description
技术领域
本发明涉及信号解调技术领域，特别是涉及一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路、CoaXPress协议的驱动电路。
背景技术
CXP(CoaXPress)是一种高速率数据传输标准，广泛应用于机器视觉、医学影像和生命科学等工业领域。采用CXP标准协议的工业相机称为CXP相机。
在CoaXPressv1.1协议中，CXP工业相机的数据通过CD驱动芯片(Cable Driver，线缆驱动芯片)以6.25Gbps速率发送编码后的图像数据信号至图像采集卡，同时使用该通道以20.83Mbps速率接收来自图像采集卡的上行控制数据信号，这里我们称6.25Gps为高速通道信号，20.83Mbps为低速通道信号。高速通道和低速通道在同一根同轴线缆上传输，以频分复用方式实现全双工通信。
CXP相机通常采用专用的符合协议标准的专用同轴线缆驱动芯片实现接口电路，该接口电路内建高速数据发送电路、低速数据接收电路，分别处理下行图像数据信号和上行控制数据信号。图1为采用CXP专用驱动芯片的接口电路的功能框图的示意图，参见图1，左侧SDI(Serial Digital Input，串行数字输入)高速信号输入端接收FPGA芯片输出的编码后的图像数据，经过内部发送检测、输入预驱动、信号分离/合成器等处理后，在SDO(Serial Digital Output，串行数字输出)高速信号输出端输出，最终，输送至图像采集卡；于此同时，来自采集卡的上行控制信号在SDO接口输入，经过驱动芯片内部信号分离器、低频接收器、低频信号输出驱动器等处理后，由LFO(Low-Frequency uplink Output，低频上行输出端)低速通道输出。
目前，CXP专用驱动芯片兼容性差，无法支持下一代CoaXPress2.0协议，并且由于能够生产CXP专用驱动芯片的厂商较少，因而CXP专用驱动芯片的价格也较高。
经研究发现，在相关技术中，通用SDI CD驱动芯片(Serial Digital InterfaceCable Driver，串行数字接口总线驱动芯片)在接口速率上与CXP专用驱动芯片相近，且高速通道信号电气规格相容，同时芯片生产方案多样。然而，SDI CD驱动芯片仅支持数据单向传输，即SDI CD驱动芯片仅能实现CXP协议的高速通道下行信号传输，但不具备CXP协议要求的低速通道上行接口功能，因此SDI CD驱动芯片不兼容CXP协议。
针对相关技术中存在的通用总线驱动芯片不兼容CXP协议的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
基于此，本申请提供一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路、CoaXPress协议的驱动电路，用以解决相关技术中存在的通用驱动芯片通用总线驱动芯片不兼容CXP协议的问题。
第一方面，本申请提供一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路，所述低速上行信号解调电路包括：信号分离模块、信号放大模块；其中，
所述信号分离模块的输入端耦合至CoaXPress同轴线缆的差分信号线，输出端耦合至所述信号放大模块的输入端，所述信号分离模块用于从所述CoaXPress同轴线缆中分离出低速上行信号；
所述信号放大模块的输出端耦合至低速上行信号输出端，用于放大所述低速上行信号。
在一种可能的实现方式中，所述信号分离模块包括：差分信号抵消子模块、滤波子模块；其中，
所述差分信号抵消子模块的第一输入端耦合至所述CoaXPress同轴线缆的正差分信号线，所述差分信号抵消子模块的第二输入端耦合至所述CoaXPress同轴线缆的负差分信号线，所述差分信号抵消子模块的输出端耦合至所述滤波子模块的输入端；
所述滤波子模块的输出端耦合至所述信号放大模块的输入端。
在一种可能的实现方式中，所述差分信号抵消子模块包括：电阻R1和电阻R2，其中，
所述电阻R1和所述电阻R2依次串联在所述CoaXPress同轴线缆的正差分信号线和负差分信号线之间，所述电阻R1和所述电阻R2的连接结点为所述差分信号抵消子模块的输出端，其中，所述电阻R1和所述电阻R2的阻值相等。
在一种可能的实现方式中，所述滤波子模块包括：电容C1，其中，所述电容C1的一端与所述差分信号抵消子模块的输出端连接，另一端与所述信号放大模块连接。
在一种可能的实现方式中，所述信号放大模块包括：反相运算放大子模块和参考电平生成子模块；其中，
所述反相运算放大子模块的反相输入端耦合至所述信号分离模块的输出端，正相输入端耦合至所述参考电平生成子模块的输出端。
在一种可能的实现方式中，所述参考电平生成子模块包括：分压单元和直流稳压电源单元；其中，
所述分压单元串联在所述直流稳压电源单元和公共端之间，所述分压单元的分压输出端耦合至所述反相运算放大子模块的同相输入端。
在一种可能的实现方式中，所述低速上行信号解调电路还包括：信号整形模块，所述信号整形模块耦合至所述信号放大模块和所述低速上行信号输出端之间。
在一种可能的实现方式中，所述信号整形模块包括：比较器，其中，
所述比较器的反相输入端耦合至所述信号放大模块的输出端，所述比较器的同相输入端耦合至参考电平生成子模块的输出端，所述比较器的输出端耦合至所述低速上行信号输出端。
在一种可能的实现方式中，所述信号整形模块还包括防过冲子模块，所述防过冲子模块串联在所述比较器的输出端。
第二方面，本申请提供一种CoaXPress协议的驱动电路，所述驱动电路包括：SDICD驱动芯片和上述的CoaXPress协议的低速上行信号解调电路。
本申请提供的CoaXPress协议的低速上行信号解调电路和CoaXPress协议的驱动电路，包括信号分离模块、信号放大模块；其中，信号分离模块的输入端耦合至CoaXPress同轴线缆的差分信号线，输出端耦合至信号放大模块的输入端，信号分离模块用于从CoaXPress同轴线缆中分离出低速上行信号；信号放大模块的输出端耦合至低速上行信号输出端，用于放大低速上行信号。解决了相关技术中存在的通用总线驱动芯片不兼容CXP协议的问题，实现了通用驱动芯片通用总线驱动芯片兼容CXP协议。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据相关技术的采用CXP专用驱动芯片的接口电路的功能框图的示意图；
图2是根据本申请实施例的一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的功能框图的示意图；
图3是根据本申请实施例的一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的功能框图的示意图；
图4是根据本申请优选实施例的一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的结构示意图；
图5是根据本申请优选实施例的另一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的结构示意图；
图6是根据本申请实施例的CoaXPress协议的驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实例，都属于本申请保护的范围。
在本实施例中提供了一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路，图2是根据本申请实施例的一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的功能框图的示意图，如图2所示，该低速上行信号解调电路包括：信号分离模块、信号放大模块；其中，信号分离模块的输入端耦合至CoaXPress同轴线缆的差分信号线，输出端耦合至信号放大模块的输入端，信号分离模块用于从CoaXPress同轴线缆中分离出低速上行信号；信号放大模块的输出端耦合至低速上行信号输出端，用于放大低速上行信号。
通过上述低速上行信号解调电路，解决了相关技术中存在的通用总线驱动芯片不兼容CXP协议的问题，实现了通用驱动芯片通用总线驱动芯片兼容CXP协议。并且，该低速上行信号解调电路无需CXP专用驱动芯片，实现成本低；电路灵活性高，可向上兼容到CoaXPress2.0协议。
在其中一些实施例中，信号分离模块包括：差分信号抵消子模块、滤波子模块；其中，差分信号抵消子模块的第一输入端耦合至CoaXPress同轴线缆的正差分信号线，差分信号抵消子模块的第二输入端耦合至CoaXPress同轴线缆的负差分信号线，差分信号抵消子模块的输出端耦合至滤波子模块的输入端，如此设置，可以抵消高速下行信号，生成直流信号，并伴随低速上行信号经输出端耦合至滤波子模块的输入端；滤波子模块的输出端耦合至信号放大模块的输入端，该滤波子模块用于滤除直流信号，将低速上行信号耦合至放大模块的输入端。
可选地，差分信号抵消子模块可以由电阻R1和电阻R2构成，其中，电阻R1和电阻R2依次串联在CoaXPress同轴线缆的正差分信号线和负差分信号线之间，以给高速下行信号提供回流路径，电阻R1和电阻R2的连接结点为差分信号抵消子模块的输出端，其中，电阻R1和电阻R2的阻值相等，以平衡高速下行信号，生成直流信号，同时也使得低速上行信号幅值减半。
可选地，滤波子模块可以由电容C1构成，其中，电容C1的一端与差分信号抵消子模块的输出端连接，另一端与信号放大模块连接。用以滤除直流信号，采集低速上行信号，将低速上行信号耦合至信号放大模块。
在其中一些实施例中，信号放大模块包括：反相运算放大子模块和参考电平生成子模块；其中，反相运算放大子模块的反相输入端耦合至信号分离模块的输出端，正相输入端耦合至参考电平生成子模块的输出端。由此构成了一个带通反相运算放大器，以提取并放大低速上行信号。
可选地，参考电平生成子模块包括：分压单元和直流稳压电源单元；其中，分压单元串联在直流稳压电源单元和公共端之间，分压单元的分压输出端耦合至反相运算放大子模块的同相输入端，用以调节反相运算放大器同相输入端的电压，并提供电压基准。
由于低速上行信号在经由反相运算放大器放大后，可能出现失真或变形。为了解决上述问题，在其中一些实施例中，图3是根据本申请实施例的一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的功能框图的示意图，如图3所示，低速上行信号解调电路还包括：信号整形模块，信号整形模块耦合至信号放大模块和低速上行信号输出端之间。比如，使用比较器，将比较器的反相输入端耦合至信号放大模块的输出端，将比较器的同相输入端耦合至参考电平生成子模块的输出端，将比较器的输出端耦合至低速上行信号输出端。如此设置，使得比较器能够根据电压基准，将通过反相运算放大器放大并输出的低速上行信号整形为常用的矩形波信号。
在其中一些实施中，信号整形模块还包括防过冲子模块，防过冲子模块串联在比较器的输出端，以避免比较器输出信号过冲。可选地，防过冲子模块可以通过在比较器输出端串联电阻的方式实现。
另外，结合图2、图3描述的本申请实施例的任意一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路，都可以和SDI CD驱动芯片构成一种CoaXPress协议的驱动电路。以下将结合优选实施例具体描述本申请提供的CoaXPress协议的驱动电路。
图4示出了根据本申请优选实施例的一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的结构示意图，如图4所示，低速上行信号解调电路可以包括：信号分离模块、信号放大模块和信号整形模块。信号分离模块可以由电阻R1、R2以及电容C1组成，SDI CD驱动芯片输出的差分信号SDOp和SDOn分别与电阻R1和R2相接，电阻R1和R2电阻值相同，用于平衡高速通道差分信号，同时低速通道信号幅值减半，电阻R1、R2的接点与电容C1相接，经过电容C1将交流信号耦合到信号放大模块。信号放大模块可以由反相放大电路和参考电平生成电路组成，反相放大电路可以由运算放大器组成，运算放大器具有同相输入端、反相输入端以及输出端，电阻R4、R5和电容C2的接点与运算放大器U1的同相输入端相接，电容C1和电阻R3的接点与运算放大器U1的反相输入端相接，参考电平生成电路是由串接在电源与系统接地之间的电阻R4、R5以及C2组成的分压网络。信号整形模块可以由一个比较器组成，比较器具有同相输入端、反相输入端以及输出端，运算放大器U1输出端和电阻R3的接点与比较器U2的反相输入端相接，电阻R4、R5和电容C2的接点与比较器U2的同相输入端相接，为比较器提供一个参考电压，电阻R6与比较器输出端相接，以减少比较器输出信号过冲。
在本实施例中，反相运算放大器和比较器共用同一个参考电平生成电路。
此外，在反向运算放法器的输出端还可以串联一个或者多个运算放大器。图5示出了根据本申请优选实施例的另一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路的结构示意图，如图5所示，该低速上行信号解调电路可以包括：
带通反相运算放大电路、反相运算放大电路和高速比较电路，其中，带通反相运算放大电路包括第一级运算放大器，反相运算放大电路包括第二级运算放大器。
参考电平生成电路分别和第一级运算放大器和第二级运算放大器的同相输入端连接，用于为第一级运算放大器和第二级运算放大器提供一个参考电压值Vref1。
该低速上行信号解调电路的输入信号可以通过一个电阻分压网络进行降压后，再经由一个电容耦合到第一级运算放大器的反相输入端，并连接到一个电阻后送至该第一级运算放大器的输出端，由此构成了一个带通反相运算放大电路。
第一级运算放大器的输出端连接到一个电阻，电阻另一端连接到第二级运算放大器的反相输入端，并连接到一个电阻，该电阻的另一端连接到第二级运算放大器的输出端，由此构成了一个反相运算放大电路。
第二级运算放大器的输出端连接到比较器的同相输入端，比较器的反相输入端连接到一个电阻分压电路，为比较器提供一个参考电压值Vref2，比较器的输出端送入后级的控制器。
其中SDOp和SDn中的信号由相机端SDI CD驱动芯片输出的高速差分信号和采集卡端送出的低速信号组成，本申请实施例通过两个阻值相同的电阻串联构成分压网络，用于为CoaXPress高速信号提供回流路径，并通过一个电容串联，构成一个RC高通滤波器。由于运算放大器本身的带宽限制，第一级运算放大电路构成一个带通滤波器。
CoaXPress低速通道信号通过第一级运算放大器时，通过反馈电阻进行反相放大，CoaXPress低速通道信号速率有20.83Mbps，由于运算放大器的增益带宽积限制，第一级运算放大器的放大能力有限，需要第二级运算放大器再次放大。
第一级运算放大器输出信号通过第二级运算放大器进行反比例放大。第二级运算放大器输出信号连接比较器的反相输入端，比较器的同相输入端连接到一个电压基准，比较器对两者信号进行比较，将放大的模拟信号整形为常用的矩形波信号。
在本实施例中还提供了一种CoaXPress协议的驱动电路，图6是根据本申请实施例的CoaXPress协议的驱动电路的结构示意图，如图6所示，该驱动电路包括：SDI CD驱动芯片和上述的低速上行信号解调电路。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种CoaXPress协议的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述低速上行信号解调电路包括：信号分离模块、信号放大模块；其中，
所述信号分离模块的输入端耦合至CoaXPress同轴线缆的差分信号线，输出端耦合至所述信号放大模块的输入端，所述信号分离模块用于从所述CoaXPress同轴线缆中分离出低速上行信号；
所述信号放大模块的输出端耦合至低速上行信号输出端，用于放大所述低速上行信号。
2.根据权利要求1所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述信号分离模块包括：差分信号抵消子模块、滤波子模块；其中，
所述差分信号抵消子模块的第一输入端耦合至所述CoaXPress同轴线缆的正差分信号线，所述差分信号抵消子模块的第二输入端耦合至所述CoaXPress同轴线缆的负差分信号线，所述差分信号抵消子模块的输出端耦合至所述滤波子模块的输入端；
所述滤波子模块的输出端耦合至所述信号放大模块的输入端。
3.根据权利要求2所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述差分信号抵消子模块包括：电阻R1和电阻R2，其中，
所述电阻R1和所述电阻R2依次串联在所述CoaXPress同轴线缆的正差分信号线和负差分信号线之间，所述电阻R1和所述电阻R2的连接结点为所述差分信号抵消子模块的输出端，其中，所述电阻R1和所述电阻R2的阻值相等。
4.根据权利要求2所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述滤波子模块包括：电容C1，其中，所述电容C1的一端与所述差分信号抵消子模块的输出端连接，另一端与所述信号放大模块连接。
5.根据权利要求1所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述信号放大模块包括：反相运算放大子模块和参考电平生成子模块；其中，
所述反相运算放大子模块的反相输入端耦合至所述信号分离模块的输出端，正相输入端耦合至所述参考电平生成子模块的输出端。
6.根据权利要求5所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述参考电平生成子模块包括：分压单元和直流稳压电源单元；其中，
所述分压单元串联在所述直流稳压电源单元和公共端之间，所述分压单元的分压输出端耦合至所述反相运算放大子模块的同相输入端。
7.根据权利要求5所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述低速上行信号解调电路还包括：信号整形模块，所述信号整形模块耦合至所述信号放大模块和所述低速上行信号输出端之间。
8.根据权利要求7所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述信号整形模块包括：比较器，其中，
所述比较器的反相输入端耦合至所述信号放大模块的输出端，所述比较器的同相输入端耦合至参考电平生成子模块的输出端，所述比较器的输出端耦合至所述低速上行信号输出端。
9.根据权利要求8所述的低速上行信号解调电路，其特征在于，所述信号整形模块还包括防过冲子模块，所述防过冲子模块串联在所述比较器的输出端。
10.一种CoaXPress协议的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：SDI CD驱动芯片和权利要求1至9中任一项所述的CoaXPress协议的低速上行信号解调电路。
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