CN115623178A - 一种高可靠性多通道lvds图像数据传送装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，包括：DSP处理器电路和电光转换电路；所述DSP处理器电路，用于接收控制命令，控制射频电器切换电路，按照设定时序将多路输入LVDS图像数据轮流切换输出；所述电光转换电路，用于接收输出的LVDS图像数据，转换为TTL电平；对所述TTL电平信号进行纠错处理、以太网成帧和电光转换，输出光信号。本申请方案解决传统的输入图像切换和传送方式会有信号干扰的问题。

Description

一种高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置

技术领域

本申请涉及可靠性和电磁兼容技术领域，尤其涉及一种高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置。

背景技术

低压差分信号技术LVDS，具体为使用极低的摆幅通过双绞电缆传输数据,是一种最高传输速率可达1.923Gb/s的通用接口技术,广泛应用在图像数据的传输和转换中。

由于受到线缆带宽，线缆易受电子干扰等因素的制约，导致LVDS技术在复杂振动环境或复杂电磁环境下出现图像数据失真的情况。

实现多通道LVDS图像数据传送，需要任意选择其中一路进行光电转换。传统的切换方式会有信号干扰的问题，而光纤信号因其具有传输可靠、价格低廉、抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远等优点，可很好的解决LVDS图像数据传输中的局限。

发明内容

本发明设计一种高可靠性的八通道LVDS图像数据光电转换装置，解决传统的输入图像切换和传送方式会有信号干扰的问题。可应用于工业控制、汽车工业、船舶技术、飞机工业及车载设备等复杂振动电磁环境下的光电转换场景。

本申请实施例提出一种高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，包括：DSP处理器电路和电光转换电路；

所述DSP处理器电路，用于接收控制命令，控制射频电器切换电路，按照设定时序将多路输入LVDS图像数据轮流切换输出；

所述电光转换电路，用于接收输出的LVDS图像数据，转换为TTL电平；对所述TTL电平信号进行纠错处理、以太网成帧和电光转换，输出光信号。

优选地，所述DSP处理器电路进一步包含DSP处理器、光MOS继电器控制电路、射频继电器切换电路。所述DSP处理器，用于解析控制命令，生成所述设定时序，输入至所述光MOS继电器控制电路。所述光MOS继电器控制电路，用于驱动所述射频继电器切换电路，按照所述设定时序将多路输入LVDS图像数据轮流输出。

优选地，所述射频继电器切换电路包含多路输入端口和1路输出端口，每2路输入端口用于输入相同的1路LVDS图像数据。进一步优选地，所述输入的LVDS图像数据为8路。

优选地，所述光电转换电路包含顺序连接的LVDS接口芯片、FPGA处理器和光模块。所述LVDS接口芯片，用于接收输出的LVDS图像数据，转换为TTL电平。所述FPGA处理器包含顺序连接的数据解串、解码、以太网MAC处理、以太网PHY处理电路，将所述TTL电频信号处理生成以太网格式的串行数据。所述光模块，用所述串行数据调制光输出。

进一步地，所述光模块输出光波长为1310nm波段。

优选地，所述DSP处理器电路和所述电光转换电路中的FPGA电路通信，配置以太网参数。

优选地，所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置中，电源电路、信号转接电路、DSP处理器电路和电光转换电路分别为独立的电路板，通过螺柱与主箱体装配。进一步地，所述主箱体包含全屏蔽结构。

在使用时，本申请装置工作的方法为：由远程控制中心向本装置发送控制指令，本装置中的DSP处理器先解析指令，然后通过光MOS继电器控制对应的射频继电器闭合最终选通图像信号，实现8路LVDS图像数据通道中的其中一路通道被选通；

被选中的其中一路通道通过LVDS接口电路将LVDS图像数据转换成LVTTL类型的图像数据；

通过光电转换电路里的FPGA处理器实现了数据的解串、解码、数据打包、编码、串化等一系列工作，实现完成光纤信号的输出；

最后通过光纤连接器将光信号传送至图像处理终端。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明的目的是设计一种高可靠性的多通道LVDS图像数据光电转换装置，实现了将八通道LVDS图像数据选通其中一路通道，并稳定的转换为光纤信号的功能。该装置具有小型化、高可靠性、高速率、传输距离远等优点。可应用于工业控制、汽车工业、船舶技术、飞机工业及车载设备等复杂振动电磁环境下的光电转换场景。本装置使用方便，只需要通过网线连接交换机和一台通用电脑即可接收图像信号，在接收端使用具有网络解析功能的图像处理软件对数据进行存储、压缩、解析、显示等操作。

本申请的装置将66MHz LVDS的红外图像数据转换为光纤数据，克服了LVDS图像数据传输距离受限制、抗干扰能力弱等缺点；利用软件纠错及硬件冗余技术解决了复杂环境下多通道选通中的信号干扰问题；利用嵌入式系统的低成本、高性能、高集成度的优点，采用DSP处理器+FPGA处理器的异构热备份方式，实现了该装置的小型化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为高可靠性8通道LVDS图像数据传送装置的实施例；

图2为DSP处理器电路的实施例；

图3为电光转换电路原理框图；

图4为本申请的装置装配结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图1所示，包含8路输入LVDS图像数据，经过DSP处理器控制下的16路射频继电器切换至1路LVDS输出，再经过LVDS接口模块和电光转换电路处理输出光信号。

DSP处理器电路利用其DSP处理器实现对远程控制中心发送的控制命令的解析，同时实现本装置的系统自检功能，DSP处理器采用哈佛总线结构，程序总线和数据总线分开，其CPU主频高，寻址空间大，接口丰富，电路原理框图如图2所示。

DSP处理器内部GPIO通过驱动芯片增加电流驱动能力后，控制光MOS继电器选通射频继电器，最终实现LVDS图像信号的八选一切换控制。DSP处理器通过内置的CAN控制器及外接的CAN接口芯片连接至CAN总线。DSP处理器通过UART通信接口与光电转换电路的FPGA处理器进行通信。射频继电器可支持最高传输频率5GHz，线圈电阻1560Ω，功率传递能力5W，特性阻抗50Ω，满足图像数据的传输要求。

光电转换电路的原理框图如图3所示，分为LVDS输入处理和光纤数据输出处理。LVDS输入处理的功能为将图像数据协议解包，提取源数据后将串行数据转换为并行数据。光纤数据输出处理的功能为将并行数据首先进行数据缓存，避免图像数据帧丢失问题，然后打包为网络数据包，通过光模块发送。

光电转换电路选择FPGA作为处理器，实现将LVDS图像数据处理成光纤信号的功能，以及与DSP处理器之间进行通信，传输自检信息、配置以太网参数等。FPGA处理器作为数据主处理芯片，具有很高的数据处理能力，实现单通道最大输出处理速率6.6Gb/s，最大数据吞吐能力超过50Gb/s。

当外部图像数据输入光电转换电路后，LVDS信号由信号接收芯片转换为TTL电平，FPGA完成数据的解串、解码、数据打包、编码、串化等一系列工作，最终以以太网信号输出至光模块，光模块具有可独立工作的数据通道，能够完成接收和发射功能，光纤接口为SC接口，传输模式为单纤双向，其中发送端为1310nm波长、接收端为1550nm波长。通道数据速率覆盖0.1-2.5Gbps。

由于图像传输速率为60Mb/s而以太网的传输速率为1Gb/s，因此本技术属于低速转高速，可以实现对图像数据的实时处理，不存在数据阻塞情况。

如图4所示为显示本装置的纵向剖面的实物立体图，本申请装置的组成，包含光电转换装置由信号转接电路41、DSP处理器电路42、光电转换电路43、电源电路44，通过螺柱与主箱体装配。

所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置中，电源电路、信号转接电路、DSP处理器电路和电光转换电路分别为独立的电路板。进一步地，所述主箱体包含全屏蔽结构并良好接地。

其中信号转接电路与箱体表面安装图像信号输入接口连通，实现接口转换。

本申请实施例提供一种实现多通道LVDS图像数据传送。LVDS图像数据为红外图像，输入数量例如为8路，像素时钟为10MHz～70MHz可选。转换成光纤信号的光接口的技术指标如下：传输模式为单纤双向，工作波长：1310nm(发送)、1550nm(接收)，实际平均输出光功率：-3dBm，传输速率最高到2.5Gbps；光接收灵敏度：-20dBm。

综上所述，本发明采用软件纠错技术及硬件冗余技术，解决了复杂环境下多通道LVDS图像数据切换中的信号干扰问题。本装置实际使用环境电磁环境复杂，本发明克服了LVDS图像数据传输中的抗干扰能力弱，图像质量差的缺点。

本发明利用嵌入式系统的低成本、高性能、高集成度的优点，采用DSP处理器+FPGA处理器的异构热备份方式，实现了该装置的小型化。

本发明通过FPGA处理器实现了LVDS图像数据的解串、解码、数据打包、编码、串化等一系列工作，实现了LVDS到光纤信号的输出；将LVDS图像数据转换为光纤信号，解决LVDS图像数据传输距离受限的问题。

本装置的各个功能电路按照模块化的方式进行设计，拆卸方便，维修快捷。选用全屏蔽结构的形式并保持良好接地性能，使得装置内部电路不易受外部干扰。通过优化装置的启动时间，本装置启动时间不大于300ms，满足快速启动的要求。另外，本装置具备自检功能，可以提前对故障进行预警。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，包括：DSP处理器电路和电光转换电路；

所述DSP处理器电路，用于接收控制命令，控制射频电器切换电路，按照设定时序将多路输入LVDS图像数据轮流切换输出；

所述电光转换电路，用于接收输出的LVDS图像数据，转换为TTL电平；对所述TTL电平信号进行纠错处理、以太网成帧和电光转换，输出光信号。

2.如权利要求1所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，所述DSP处理器电路进一步包含DSP处理器、光MOS继电器控制电路、射频继电器切换电路；

所述DSP处理器，用于解析控制命令，生成所述设定时序，输入至所述光MOS继电器控制电路；

所述光MOS继电器控制电路，用于驱动所述射频继电器切换电路，按照所述设定时序将多路输入LVDS图像数据轮流输出。

3.如权利要求1所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，

所述射频继电器切换电路包含多路输入端口和1路输出端口，每2路输入端口用于输入相同的1路LVDS图像数据。

4.如权利要求1所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，所述光电转换电路包含顺序连接的LVDS接口芯片、FPGA处理器和光模块；

所述LVDS接口芯片，用于接收输出的LVDS图像数据，转换为TTL电平；

所述FPGA处理器包含顺序连接的数据解串、解码、以太网MAC处理、以太网PHY处理电路，将所述TTL电频信号处理生成以太网格式的串行数据；

所述光模块，用所述串行数据调制光输出。

5.如权利要求4所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，

所述光模块输出光波长为1310nm波段。

6.如权利要求1所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，

所述DSP处理器电路和所述电光转换电路中的FPGA电路通信，配置以太网参数。

7.如权利要求1所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，电源电路、信号转接电路、DSP处理器电路和电光转换电路分别为独立的电路板，通过螺柱与主箱体装配。

8.如权利要求7所述高可靠性多通道LVDS图像数据传送装置，其特征在于，所述主箱体包含全屏蔽结构。

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