基于FPGA的3G/HD/SD-SDI信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.3 硬件電路實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào)速率從143Mbit/s到2.97Gbit/s，支持符合SMPTE 424M、SMPTE 292M、SMPTE 259M、SMPTE 297M、SMPTE 305M、SMPTE 310M標(biāo)準(zhǔn)以及DVB-ASI(EN50083-9)等數(shù)字電視格式的信號(hào),滿足工業(yè)級(jí)和廣電產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　系統(tǒng)硬件需要的主要器件包括多速率SDI接收芯片GS2970、多速率SDI發(fā)射芯片GS2972、多速率SDI均衡芯片GS2974B 、FPGA+DSP芯片XC3SD1800A、高速?gòu)?fù)接/解復(fù)接芯片TLK3101。芯片GS2974B將輸入的3G/HD/SD-SDI信號(hào)進(jìn)行均衡處理。

　　芯片GS2970將輸入的SDI串行信號(hào)解碼，恢復(fù)出采樣時(shí)鐘，并將輸入的串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。芯片內(nèi)部集成帶壓控振蕩器的時(shí)鐘恢復(fù)電路(Reclocker)和時(shí)鐘恢復(fù)串行環(huán)路穿越電纜驅(qū)動(dòng)器，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出壓擺率，以適應(yīng)數(shù)據(jù)的輸入速度。芯片的輸入抖動(dòng)容限則高達(dá)0.7UI (單位信號(hào)時(shí)間)，因此即使信號(hào)的眼圖已關(guān)閉60%以上，這款芯片仍可接收信號(hào)以及將信號(hào)解串。芯片具有信號(hào)環(huán)出功能，本端環(huán)出的3G/HD/SD-SDI信號(hào)，可直接連至高清顯示大屏幕或SDI監(jiān)控器，可供系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)SDI 信號(hào)輸入是否正常。其功能框圖如圖3所示。

　　芯片GS2972將接收到的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)壓縮的3G/HD/SD-SDI信號(hào)。芯片內(nèi)部集成電纜驅(qū)動(dòng)器、帶壓控振蕩器的時(shí)鐘恢復(fù)模塊和高性能PLL鎖相環(huán)模塊，不再需要外置本地時(shí)鐘及抖動(dòng)消除電路，有效節(jié)約了電路板的面積;芯片只需模擬3.3V、1.2V及數(shù)字1.2V供電，且功耗低，只有400mW(包括電纜驅(qū)動(dòng))，大大降低了系統(tǒng)成本。其功能框圖如圖4所示。

　　FPGA芯片XC3SD1800A 支持600Mbit/s到3.125Gbit/s的信號(hào)速率，從芯片GS2970解碼輸出的150MHz的20路并行數(shù)據(jù), 經(jīng)FPGA芯片一級(jí)復(fù)用轉(zhuǎn)換為10 路300MHz的并行數(shù)據(jù)，同時(shí)FPGA芯片對(duì)150MHz的時(shí)鐘頻率信號(hào)進(jìn)行倍頻產(chǎn)生與原有時(shí)鐘信號(hào)同相的300MHz時(shí)鐘信號(hào)，以提供給行、場(chǎng)同步信號(hào)，進(jìn)而使行、場(chǎng)同步信號(hào)與10 路并行數(shù)據(jù)信號(hào)同時(shí)復(fù)用。 FPGA芯片與編碼器或解碼器之間采用了LVDS技術(shù)，不再使用TTL電平連接。LVDS電平具有非常低的EMI輻射和功率損耗，并提供更高的收發(fā)速率;另外，并行數(shù)據(jù)總線也從20位減少到10位，使得PCB板圖設(shè)計(jì)變得更容易，也降低了對(duì)FPGA的等級(jí)要求。

　　芯片TLK3101將從FPGA芯片接收到的10位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行8B/10B編碼，復(fù)接為高速串行信號(hào)后輸出;同時(shí)將輸入的高速串行信號(hào)先進(jìn)行8B/10B解碼和通道對(duì)齊，轉(zhuǎn)換成10位并行數(shù)據(jù)輸出給FPGA芯片。具有信號(hào)丟失(LOS)檢測(cè)功能?？山邮盏牟罘州斎腴T限低至200mV。僅需2.5V單電源供電，且功耗低，約450mW(Typical)。其功能框圖如圖5所示。

2 電路測(cè)試

　　使用Tektronix儀器 WFM 7120對(duì)系統(tǒng)傳輸?shù)腟D-SDI信號(hào)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

　　由測(cè)試結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)傳輸?shù)囊曨l信號(hào)畫面清晰，眼圖質(zhì)量好，信號(hào)抖動(dòng)僅有0.12UI，優(yōu)于SMPTE 259M規(guī)定的0.2UI。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　目前，各省市電視臺(tái)和廣播通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也越來(lái)越迫切需要在現(xiàn)有的光纖鏈路中傳送高清視頻信號(hào)，本文設(shè)計(jì)的基于FPGA的3G/HD/SD-SDI信號(hào)的光纖傳輸系統(tǒng)，采用了SDI信號(hào)電復(fù)接、分接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量視頻信號(hào)的傳輸且沒(méi)有任何圖像質(zhì)量的損失，另外FPGA具有較大的設(shè)計(jì)靈活性，對(duì)數(shù)據(jù)的擦除、修改，只需更改代碼，無(wú)需改變電路結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)成本，同時(shí)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

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