一种面向光频集成的多功能接口电路的制作方法

1.本发明涉及接口技术领域，具体是一种面向光频集成的多功能接口电路。


背景技术：

2.在舰载光电信号处理系统中，目前多采用dsp+fpga组成的并行处理架构，该架构造成了整个光电信号处理系统的处理器种类繁多，接口通信实现方式较为复杂。同时各功能单板之间通过并行总线互连，数据传输速率较低，已经不能满足高帧频、高分辨率的图像处理和多传感器融合所需的高带宽数据传输需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种面向光频集成的多功能接口电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种面向光频集成的多功能接口电路，包括soc控制电路、配置和存储电路、光纤接口电路、rs422隔离接口电路、隔离io接口电路、千兆以太网接口电路、模拟量解算接口电路、电源电路、调试接口电路，所述电源电路为各个模块供电，soc控制电路通过其上设置的i/o接口分别连接配置和存储电路、光纤接口电路、rs422隔离接口电路、隔离io接口电路、千兆以太网接口电路、模拟量解算接口电路和调试接口电路。
6.作为本发明的进一步技术方案：所述soc控制电路采用xc7z045-2ffg900i或fmql45t900型芯片。
7.作为本发明的进一步技术方案：所述配置和存储电路包括：ddr3电路部分和flash电路部分，ddr3电路部分采用4颗sm41j256m16m型16位4gb内存颗粒，flash电路部分采用efm25ql256-e8型串行falsh。
8.作为本发明的进一步技术方案：所述光纤接口电路采用htg8504-mh-t001sg型光收发一体光模块。
9.作为本发明的进一步技术方案：所述rs422隔离接口电路采用jm3096w型隔离串口芯片。
10.作为本发明的进一步技术方案：所述隔离io接口电路采用js7440p型四通道数字隔离器。
11.作为本发明的进一步技术方案：所述千兆以太网接口电路用于实现1路千兆以太网通信功能。通过soc fmql45t900 ps端的rgmii接口，经过phy jem88e1111hv(i)和网络变压器lt1806-a后，输出千兆以太网数据。
12.作为本发明的进一步技术方案：所述模拟量解算接口电路包括轴角转换模块和电平转换电路，核心器件为jari10230leq型混合信号cmos芯片。
13.作为本发明的进一步技术方案：所述电源电路由两个sm4644mpy芯片、两个sm74401rgw芯片、一个ib0505xt-w75r3和一个fw51200型ddr终端调整器组成，sm4644mpy芯
片提供4路4a的电源输出，输入电压范围4v～14v，输出电压0.6v～5.5v，4路并联后提供最大16a电流输出，sm74401rgw芯片输出电压0.8v～3.6v，最大输出电流3a，ib0505xt-w75r3芯片输入电压和输出电压分别为5v，最大输出电流150ma。
14.作为本发明的进一步技术方案：所述调试接口电路包括sfp光纤输入输出接口电路和rj45千兆以太网接口电路，sfp光纤输入输出接口电路采用hts8502-lh-003xx芯片，直接输入输出光纤数据，rj45千兆以太网接口电路通过soc fmql45t900 ps端的rgmii接口，经过phy jem88e1111hv和rj45千兆以太网变压器hr911130c后，输出千兆以太网数据。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能够完成7路光纤数据以及4路高速串行数据，10路rs422隔离串口，16路隔离io，1路sgmii千兆以太网数据，纵摇、横摇、航向模拟量解算功能。其中fc光纤传输带宽不小于4gb/s，光电传感器遵循光纤aurora协议，传输带宽不小于10gb/s，千兆以太网传输带宽不小于600mb/s，角度转换输出分辨率18位。面向光频集成的多功能接口电路满足标准化、通用化、模块化设计要求，根据需要配置在电源机箱或管理机箱中，可作为rs422、通用i/o扩展电路使用。
附图说明
16.图1为面向光频集成的多功能接口电路组成框图；
17.图2为1路4
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aurora高速串行通信接口电路图；
18.图3为光纤接口电路图；
19.图4为rs422隔离串口接口电路图。
20.图5为隔离io接口电路图。
21.图6为千兆以太网接口电路图。
22.图7为模拟量解算接口电路图。
23.图8为电源电路图。
24.图9为sfp光纤输入输出接口电路图。
25.图中：1-soc控制电路、2.1-ddr3电路部分、2.2-flash电路部分、2-配置和存储电路、3-光纤接口电路、4-rs422隔离接口电路、5-隔离io接口电路、6-千兆以太网接口电路、6.1-phy jem88e1111hv和6.2网络变压器lt1806-a、7-模拟量解算接口电路、7.1-轴角转换模块、7.2-电平转换电路、8-电源电路、9-调试接口电路、9.1-sfp光纤输入输出接口电路、9.2-rj45千兆以太网接口电路。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1：请参阅图1所示，一种面向光频集成的多功能接口电路，主要完成对外部7路光纤数据以及4路高速串行数据，10路rs422隔离串口，16路隔离io，1路sgmii千兆以太网数据，纵摇、横摇、航向模拟量解算功能。
28.包括soc控制电路(1)、配置和存储电路(2)、光纤接口电路(3)、rs422隔离接口电
路(4)、隔离io接口电路(5)、千兆以太网接口电路(6)、模拟量解算接口电路(7)、电源电路(8)、调试接口电路(9)。
29.其中，soc控制电路1主要实现高速数据通信，协议解析，数据封包，轴角转换输出组合纠错等重要功能。考虑多功能接口电路实现的接口种类较多，同时需要高速收发器进行高速串行数据通信和光纤数据通信，需要13个gtx，满足该指标的soc有xlinx公司的zynq 7000系列。为了兼容国产厂家已研制的zynq 7000系列soc，选择xilinx zynq 7000系列，型号xc7z045-2ffg900i，对应国产型号为fmql45t900，该国产型号为复旦微电子研制的全可编程融合芯片，在单芯片集成了基于具有丰富特点的四核处理器的处理系统和可编程逻辑，基于先进的28纳米工艺，与国外进口的完全pin-to-pin兼容，软件功能上也可以使用国外的进口设计工具配合复旦微电子自主研发的procise来进行开发。
30.ddr3电路与soc fmql045t900 pl端的bank33、bank34相连，与soc fmql045t900 ps端的bank502相连，flash电路与soc fmql045t900 ps端的bank500相连，光纤接口电路与soc fmql045t900的bank111、bank112相连，rs422隔离接口电路与soc fmql045t900 pl端的bank10、bank11相连，隔离io电路与soc fmql45t900 pl端的bank10相连，千兆以太网接口电路与soc fmql45t900 ps端的bank501相连，模拟量解算接口电路与soc fmql45t900 ps端的bank11、bank12、bank13相连，调试接口电路中sfp光纤输入输出接口电路与soc fmql45t900的bank111相连，rj45千兆以太网接口电路与soc fmql45t900 ps端的bank501相连。
31.图1中与soc fmql45t900连接的1路4
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aurora高速串行通信通过soc fmql45t900的bank109实现，具体电路结构如图2所示。
32.配置和存储电路2包括：ddr3电路部分和flash电路部分。ddr3 sdram采用4颗16位4gb内存颗粒，分别为soc fmql45t900的ps和pl端提供32bit，4gb ddr3 sdram型号为国微的sm41j256m16m。4片ddr3分别与soc fmql45t900的bank33、bank34、bank502相连。flash选择串行falsh，容量大小为256mb，用来存储soc fmql45t900 ps端的加载程序，型号为上海复旦微电子生产的efm25ql256-e8。flash与soc fmql45t900 ps端的bank500相连。
33.实施例2，在实施例1的基础上，光纤接口电路3主要实现光电和电光转换功能，将外部光网络信号转换为电信号，或者电信号转换为光信号。多功能接口电路需要设计7路外部光信号采集和输出，若采用单sfp模块对pcb板布局尺寸开销很大，成本高，因此，选择一款高性能微型12路并行光收发一体光模块，用于并列多通道光互联数据通信。光模块的中心波长为850nm，3.3v供电，单通道传输速率10.3125gbps，满足工业级温度，具备i2c通信监控功能，对外接口为24芯mt接口，型号为中航光电的htg8504-mh-t001sg。光纤接口电路与soc fmql45t900的bank111、bank112相连，通过mt接口与vpx连接器的p2模块相连。其中4路光纤接口电路的实现如图3所示。
34.10路rs422隔离接口4电路通过专用隔离串口芯片完成相应的电平转换，串口协议通过soc fmql45t900的pl端完成。专用隔离串口芯片选择北京川城的jm3096w，该芯片为soic16封装，两端隔离电压5000v，最大数据率为10mbps，esd大于等于6000v，最大传输延时时间为165ns。10路rs422隔离接口电路与soc fmql45t900 pl端的bank10、bank11相连。其中1路rs422隔离接口电路的实现如图4所示。
35.隔离io电路5有16路，包括8路输入隔离io电路和8路输出隔离io电路。通过四通道
数字隔离器完成io隔离功能。四通道数字隔离器选择中电58所的js7440p，该芯片为ssop16封装，两端隔离电压1000v，最大数据率为25mbps，esd大于等于1500v，最大传输延时时间为60ns。16路隔离io电路与soc fmql45t900 pl端的bank10相连。其中4路隔离io电路的实现如图5所示。
36.如图6所示，千兆以太网接口电路6主要实现1路千兆以太网通信功能。通过soc fmql45t900 ps端的rgmii接口，经过phy jem88e1111hv(i)和网络变压器lt1806-a后，输出千兆以太网数据。千兆以太网接口电路与soc fmql45t900 ps端的bank501相连。如图6，为千兆以太网接口电路的实现。
37.如图7所示，模拟量解算接口电路7主要实现将自整角机输出的纵摇、横摇和航向模拟量转换为数字量的功能。模拟量解算单元的核心器件选择杰瑞电子的jari10230leq。jari10230leq是一种混合信号cmos芯片，包括模拟输入数字输出部分，精确的模拟电路系统与数字逻辑结合在一起形成了一种完整的高性能跟踪型模拟信号转数字变换器。它提供了各种可编程的特性，如分辨率、带宽、速度电压输出换算等。模拟量解算接口电路与soc fmql45t900ps端的bank11、bank12、bank13相连。
38.如图8所示，电源电路8主要实现多功能接口电路的电源供电功能。选择2片国微电子的sm4644mpy和2片国微电子的sm74401rgw，1片金升阳的ib0505xt-w75r3，ddr终端调整器选择贵州振华风光的fw51200。sm4644mpy可提供4路，每路4a的电源输出，输入电压范围4v～14v，输出电压0.6v～5.5v，4路可并联提供最大16a电流输出。sm74401rgw为一款ldo电压调节器，输出电压0.8v～3.6v，最大输出电流3a。ib0505xt-w75r3是一款隔离dc/dc电源模块，输入电压和输出电压分别为5v，最大输出电流150ma。fw51200是一款3a电流输出/吸入的ddr终端稳压调整器。
39.如图9所示，调试接口电路9主要包括sfp光纤输入输出接口电路和rj45千兆以太网接口电路。sfp光模块直接输入输出光纤数据，使用中航光电的hts8502-lh-003xx。sfp光纤输入输出接口电路与soc fmql45t900的bank111相连。为sfp光纤输入输出接口电路。rj45千兆以太网接口电路主要是通过soc fmql45t900 ps端的rgmii接口，经过phy jem88e1111hv(i)和rj45千兆以太网变压器hr911130c后，输出千兆以太网数据。rj45千兆以太网接口电路与soc fmql45t900 ps端的bank501相连。
40.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
41.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。