海上地震探測傳輸系統的設計

2.3 LVDS電路實(shí)現
　LVDS是一種小振幅差分信號技術(shù)，使用幅度非常低的信號(約350 mV)通過(guò)一對差分線(xiàn)或平衡電纜傳輸數據[3]。LVDS功耗小，速率快，可直接相連[4]，但直連的傳輸距離短，通常只有幾米，故本系統采用了預加重和均衡電路來(lái)擴展傳輸距離。
如圖3所示，信號先通過(guò)MAX9205并串轉換后輸出，然后經(jīng)隔直和電壓匹配后傳送給由CLC006組成的信號驅動(dòng)電路，信號峰峰值被提升后經(jīng)阻抗匹配并輸出，其中通過(guò)改變R5的大小可調整CLC006輸出信號的峰峰值。信號被提升前與提升后的波形如圖3所示。

　信號經(jīng)100 m雙絞線(xiàn)傳輸后峰峰值降低且上升沿變緩，如圖4中C點(diǎn)波形所示。

　接收端經(jīng)電阻網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行阻抗匹配，電阻阻值采用如下公式進(jìn)行計算：

其中Z₀為雙絞線(xiàn)特征阻抗，VPP為信號峰峰值。接收到的信號經(jīng)由CLC014芯片組成的均衡電路進(jìn)行信號均衡后輸入到MAX9206中，圖4中給出了C、D兩點(diǎn)的測量波形圖。
3 FPGA中數據的傳輸過(guò)程
3.1 傳輸板的命令解析及下傳過(guò)程
　命令通道采用自定義串口協(xié)議，將命令幀格式設計為兩個(gè)9位的字節，其中一個(gè)字節傳送命令，另一個(gè)字節傳送參數。每個(gè)字節中的第9位用于作為命令和數據的標識位。
命令下傳時(shí)有兩種模式，一種為總線(xiàn)模式，一種為級聯(lián)模式，使用總線(xiàn)模式比級聯(lián)模式的優(yōu)勢在于不用使信號經(jīng)FPGA解析，信號延遲小，缺點(diǎn)為傳輸距離有限，所以采用命令經(jīng)過(guò)傳輸板后重新驅動(dòng)的方式發(fā)送命令，同時(shí)接收進(jìn)本地FPGA解析。
總線(xiàn)模式中命令都采用廣播方式接收，動(dòng)態(tài)設置傳輸板包號成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，設置包號即為把傳輸板以距離船體遠近的方式設置序號。由于所有傳輸板同等接收命令，所以不能像級聯(lián)模式那樣通過(guò)命令經(jīng)各傳輸板解析下傳的方式區別各傳輸板以達到動(dòng)態(tài)設置包號的目的。為解決此問(wèn)題，系統采用的方法為：先下傳點(diǎn)名命令，各傳輸板接收到此命令后通過(guò)級聯(lián)的數據通道發(fā)送一點(diǎn)名幀，點(diǎn)名幀中包含包號信息，初始包號信息為“0”，當傳輸板接收到點(diǎn)名幀后，把點(diǎn)名幀中的包號信息加一后繼續下傳，依次類(lèi)推，每個(gè)傳輸板最后發(fā)送的點(diǎn)名幀中的包號就是自身的包號。
3.2 傳輸板的數據處理及上傳過(guò)程
為了保證傳輸速率，采集板的數據分兩路傳送到傳輸板，傳輸板采用“乒乓結構”的方式把兩路數據合成一路，并添加狀態(tài)信息與CRC(Cyclical Redundancy Check)16校驗位，最后通過(guò)8B/10B的編碼后將數據存入本地FIFO中。由于MAX9205與MAX9206數據線(xiàn)都是10 bit，用8B/10B編碼在完成直流均衡功能的同時(shí)方便了程序的編寫(xiě)。
當各傳輸板接收到上位機發(fā)送的“采集數據”指令后，一方面各傳輸板將命令下傳到與之對應的采集板，使采集板采集并上傳一組數據；另一方面傳輸板將上傳一幀本地FIFO中的數據到下一級傳輸板中，同時(shí)把接收到的上一傳輸板數據存入一個(gè)異步FIFO中，待上傳本地數據完畢后再依次上傳接收并存入異步FIFO中的數據，依此類(lèi)推，直至把最后一個(gè)傳輸板上的數據也上傳至其下一個(gè)傳輸板。