基于LVDS总线的高速长距数据传输的设计

1 引言
    随着接入通信设备的广泛应用，数据传输速率急剧增加。采用低电压差分信号LVDS(Low-Voltage Differential Signalings)技术的设备电路系统可使传输速度每秒高达数百Mb。但LVDS只能满足短距离的数据高速传输，而不支持长距离传输。目前许多设备都要求具有长距离传输数据能力，以确保百米以上的电缆传输数据。自适应均衡器能够自动补偿信号损耗，使电缆传输的串行数字信号能够重新恢复其原有性能。利用这一特点，并采用高速串行数字接口SDI(Serial Digital In—terface)自适应电缆均衡器及电缆驱动器构建系统，可扩大LVDS技术的数据传输范围，实现高速长距离数据传输。因此，这里给出采用DS92LVl023型LVDS器件，CLC006型高速驱动器以及CLC014型自适应均衡器构建的系统设计，该系统能够实现导弹飞行前实时检测的数据传输。

2 总体设计方案
    该系统设计要求在100Mb／s速度下传输数据，其传输距离为300 m，因此，该系统设计主要解决延长传输距离和速度匹配问题。图1为系统设计原理框图。其中，DS92LVl023和DS92LVl224型LVDS器件，分别称为串行器和解串器。串行器是一种将并行数据转成串行数据的器件，而解串器则是将串行数据转成并行数据的器件。CLC006和CLC014分别是高速驱动器和自适应均衡器，高速驱动器可驱动同轴线传输更长距离，经电缆长距离传输的信号会出现衰减，自适应均衡器则用于均衡器电缆传输的信号。

3 硬件电路设计
    该系统设计中，计算机与USB模块通过USB电缆连接，计算机向USB模块发送读数命令，启动DS92LVl224命令及其他操作命令，USB模块再将控制命令传给FPGA模块，FP-GA直接控制LVDS器件工作。由于USB模块向计算机传输数据的速度最高可达140 Mb／s，因此。可将100 Mb／s速率的数据适时地传入计算机。
3．1 延长距离设计
    LVDS信号传输是依靠串行器和解串器完成的，串行器和解串器都需一个外部时钟。只有这两个外部时钟频率同步时，串行器和解串器才能正常通信。利用FPGA引脚与内部逻辑，完全能够解决工作时钟频率同步的问题。
    串行器DS92LV1023是将外部并行数据串化成串行数据，此时该串行器输出的差分压差约100 mV，该差分压差传输距离只有几米，加上CLC006电缆高速驱动器，其输出压差可达2V(压差可通过电阻R23调节)，这样就可以驱动同轴电缆传输300 m的距离。图2为LVDS发送电路。

    解串器DS92LV1224解串的数据先经FPGA模块传输至存储器，FPGA接收到USB模块命令后，先通过控制解串器DS92LVl224的PWRDN、REN、RCLK、RCLK_R/F及REFCLK引脚使LVDS器件开始解串．同时将解串数据直接施加到FPGA引脚，进一步处理分析。图3为LVDS接收电路。

3．2 速度匹配
    由于LVDS传输的信号是数据采集系统所采集的数据，该数据的传输速率只有几百KB，而LVDS器件的传输速度范围为10～66 MByte／s，采用间歇式传输，但在传输中断后，再次传输需要500μs的同步时间，所以若LVDS器件采用间歇式传输，将丢失500μs的数据，故不能采用该种传输方式。
    串行器DS92LV1023和解串器DS92LV1224有10个数据引脚，数据都是8位，一般有2个数据引脚不同，但这里则采用这两个空数据引脚：先将采集的数据暂存到FPGA的内部FIFO中，当FIF0中数据达到10个字节以上时，通知FPGA模块将数据和时钟赋到串行器DS92LVl023的引脚传输数据，同时FPGA向串行器DS92LV1023的第Data8位赋值为“0”；当所采集的数据传输完成后，增加一些其他数据，使LVDS持续传输，与此同时，FPGA将串行器DS92LV1023的第Data8位赋值为“l”。
    数据接收端上传至计算机的速度匹配。USB模块向计算机上传数据也采用间歇式传输方式，即USB模块每传输512个字节，需停止几个μs。所以可利用FPGA的一个内部FIFO，先将数据暂存到内部FIFO中，等到FIFO中数据达到512个字节后通知USB模块读取数据，然后返回到计算机。
    通过FPGA控制解串器DS92LVl224的PWRDN、REN、RCLK、RCLK_R／F及REFCLK引脚使LVDS器件开始解串，由于解串器DS92LV1224解串的数据分为采集的真正数据和用户添加的数据。所以，要先过滤掉添加的数据，再通过FPGA判断DS92LVl224的Data8位，如果Data8为“0”，则将数据存到FPGA的FIFO中，其部分程序代码如下：

4 实验结果
    图4是该系统模拟某型号弹上采编器采集自加计数器数据，经300 m传输距离后得到的部分数据，数据准确无误。

5 结论
    介绍一种基于LVDS总线的高速数据传输系统的设计方案旧，详细描述了FPGA对LVDS器件工作状态和FPGA与单片机相互之间的工作。该系统设计已投入应用，其性能可靠、稳定，适用性强。