[发明专利]一种高速1553B光纤总线物理接口板

说明书

技术领域

本发明涉及到一种新型光纤总线的物理接口(PHY)板。该接口板主要应用于航空航天和工业控制领域的计算机总线系统，实现了曼彻斯特II编码高速数据的正确收发，可支持200Mbps的最大数据传输率，并可支持光纤通信。

背景技术

曼彻斯特编码是一种自身带有同步时钟的数据编码技术，它可细分为两类：第一类主要用于10M以太 网，它采用从低到高的跳变表示“1”，从高到低的跳变表示“0”；第二类常被用于MIL-STD-1553B总线标准，它用从低到高的跳变表示“0”，从高到低的跳变表示“1”，该编码又被成为“曼彻斯特II编码”(简称曼II编码)。

曼II编码是一种异步串行总线编码技术，总线上的发送端和接收端处于不同的时钟域，因此收/发双方构成了一个异步时序系统。在异步时序系统中，面临的主要问题是发送方的时钟和数据在接收方如何能够正确的恢复出来。目前，解决该问题主要有两种技术。

一种进行数据恢复的技术是“过采样”技术。“过采样”就是使用大于奈奎斯特采样频率的时钟对异步串行数据进行数据恢复的过程。对于相位固定不变且信号质量非常好的理想信号来说，当采样时钟的频率等于奈奎斯特频率时就可以获得很好的采样效果。但是，现实情况是信号的相位会发生漂移，信号的质量也不是完美的，尤其是在上升沿和下降沿的边沿部位。为了消除实际信号的上述不利因素，必须采用更高频率的采样时钟，通常8倍频的采样时钟对于数据恢复来说就已经足够了。对于低频信号，在FPGA上采用8倍甚至16倍频的采样时钟进行采样都是很容易实现的，但是对于100Mbps以上的高频信号，采样频率将达到800MHz，这是目前的FPGA技术所很难达到的。

另一种技术是“时钟数据恢复”技术(CDR)。“时钟数据恢复”技术是以锁相环技术为基础的，首先利用锁相环输出的采样时钟clock sample对输入数据data in进行采样并获得采样后数据data sample，之后在鉴相器中对data in和data sample进行相位比较，若满足要求则使能相位同步信号Ss并输出一组同步的时钟和数据：clock out和data out，若不满足相位同步要求则提供相位调整信号Sa，调整采样时钟clock sample的相位并继续对data in采样。

上述两种技术都有各自的缺点，对于“过采样”技术，很难在FPGA上实现对高频信号的采样；对于“时钟数据恢复”技术，由于需要一段相位同步的时间，因此只适用于长帧数据的传输，而对于短帧数据其效率是非常低的。

发明内容

目前的1553B总线物理接口一般是来自国外的已有产品，它仅仅能够支持最大1Mbps的总线数据传输率，而且只能与电缆相连，无法满足高速光纤总线的传输要求。

本发明针对上述问题，设计了一种高速光纤总线物理接口板，它实现了光纤接口电路，并解决了高速异步串行总线的采样问题，从而提供了较完美的解决方案。

本发明在光纤总线接口的电路部分可向光纤总线模块提供标准的LVPECL差分信号，LVPECL差分信号可以有效地防止信号干扰，非常适合于高速信号的传输；接口电路对于用户设备可提供友好的LVTTL电平的同步信号，包括一组并行输出的数据信号和同步时钟信号。

本发明在高速串行数据的采样和处理部分，设计并实现了有针对性的总线逻辑，这部分逻辑主要包括三个模块：总线接口串行数据编/解码模块、数据缓存和转换模块、用户接口输入/输出模块。

串行数据的编/解码模块，又被划分为编码子模块和解码子模块。编码子模块的设计是通过在每个时钟沿的上升沿对数据进行移位输出实现的。解码子模块的设计采用的是“多时钟移相”技术，该技术是采用多个不同相位的时钟对同一个输入信号分别进行采样，然后把获得的采样结果进行综合，得到的综合后的信号即为最终采样数据。“多时钟移相”技术必须与具体的协议相结合才能获得较好的处理效果，原因在于多个采样数据的综合过程是需要有特定的约束条件介入才能获得唯一确定的结果。在本发明的实现过程中，根据“多时钟移相”技术和1553B总线协议，设计出了相应的采样状态机，从而可以获得正确的输出结果。