一种TLK2711传输接口与USB3.0传输接口的转换电路及转换方法与流程

本发明涉及一种高速串行接口向另一种高速串行接口转换的电路，尤其是用于高速串行/解串收发器tlk2711向高速、便携、通用的usb3.0接口的转换电路及转换方法。

背景技术：

随着我国空间遥感技术的发展，卫星遥感越来越呈现出高时间分辨率、高空间分辨率和高光谱分辨率的发展趋势，载荷数据类型越来越多样化，数据量越来越大，导致数据率、带宽等由过去几mbps发展到目前数gbps甚至更高。数据传输也从传统采用多路lvds并行传输接口逐渐过渡为更高带宽、更高可靠性的接口，如基于高速串行/解串收发器tlk2711的应用，其单路传输速率高达2.5gbps，同时tlk2711采用自同步通信方式，利用时钟和数据恢复技术代替同步传输数据和时钟，有效解决了信号和时钟偏移问题；此外，采用了串行通信技术使得设备及电缆布线更为简单，系统抗干扰能力更强。

tlk2711的应用方便了星载高分辨成像数据传输，而对于星载高分辨成像设备在地面演示验证阶段却并不能与采集存储计算机直接建立连接关系(目前计算机通用接口并无tlk2711传输接口)。

目前，国内有研究者将tlk2711数据接口转换为camera-link这一传统图像传输接口，但该方法需要camera-link转pcie专用采集卡，工业化的camera-link图像采集虽然常见单售价比较昂贵。因此提供一种通用、便携的基于星上设备数据传输采集系统显得尤为重要。

技术实现要素：

为解决高速数据串行总线tlk2711接口与采集存储计算机的数据传输所采用的转换电路价格昂贵的技术问题，本发明提供一种tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路及转换方法。

本发明的技术解决方案如下：

本发明一种tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路，其特殊之处在于：包括数据输入单元、fpga数据处理单元、数据输出单元及供电单元；

所述数据输入单元包括连接器及与连接器相互通信的tlk27711接收芯片；

所述fpga数据处理单元包括fpga单元、外设存储单元、晶振单元及flash存储单元；

所述tlk27711接收芯片与fpga单元双向通信；

所述外设存储单元与fpga单元连接，用于进行数据存储；

所述fpga单元包括数据合并逻辑模块及fifo单元，所述数据合并逻辑模块用于将外设存储单元中所存储的数据进行合并，所述fifo单元用于将合并后的数据进行存储；

所述晶振单元与fpga单元连接；所述flash存储单元与fpga单元连接；

所述数据输出单元包括usb3.0发送芯片及usb3.0接口；

所述usb3.0发送芯片与fpga相互通信，所述usb3.0发送芯片与usb3.0接口相互通信；

所述供电单元包括供电接口及与电源接口连接的电源变换单元，所述电源变换单元用于tlk27711接收芯片、fpga单元、晶振单元、flash存储单元及usb3.0发送芯片的供电。

进一步地，所述供电单元包括供电接口及与电源接口连接的电源变换单元，所述电源变换单元用于tlk27711接收芯片、fpga单元、晶振单元、flash存储单元及usb3.0发送芯片的供电。

进一步地，所述fpga单元所采用的fpga型号为xc7k325t-1fbg900i。该型号fpga逻辑单元充沛，内部ram存储空间大，性价比高，功耗较低。

进一步地，所述外设存储单元为2片ddr2存储器件mt47h64m16hr芯片，mt47h64m16hr芯片数据位宽16bit。该型号存储芯片的位宽与tlk2711匹配，外部配置电路简单易实现。

进一步地，所述usb3.0发送芯片为ft601q芯片。

进一步地，所述flash存储单元的型号为n25q256aesf40g。采用该型号的flash存储单元性价比高，存储容量满足该电路需求，电路设计简单易行。

进一步地，所述连接器为mkhs连接器。

同时，本发明还提供了基于上述的tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路进行数据转换的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)tlk2711接收芯片将输入的高速串行数据解码为16bit并行数据、1路100mhz随路时钟、2路k/d编码控制信号；

2)tlk2711接收芯片将16bit并行数据、1路100mhz随路时钟、2路k/d编码控制信号通过总线的方式输出给fpga单元；

3)fpga单元接收数据，并通过内部运行软件调用其内部逻辑单元将有效数据存入外设存储单元，

4)fpga单元根据一定的访问频率，访问外设存储单元并从外设存储单元中读取数据；

5)fpga单元将读取的数据合并后存入内部缓存fifo模块中；数据合并的方式是将16bit并行数据合并为1个32bit，fifo模块的位宽是32bit；

6)fpga单元将fifo模块中的数据依次发送至采用了32bit数据并行输入的usb3.0发送芯片；

7)usb3.0发送芯片接收数据并通过usb3.0接口将所接收的数据输出。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明通过数据输入单元、fpga单元、数据输出单元及供电单元构建tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路，该电路通过tlk2711接收芯片接受高速串行数据，并将其解码，通过总线输出给fpga单元，fpga单元内部的数据合并逻辑模块将数据进行合并，之后通过fifo缓存，最后通过发送芯片及usb3.0接口将数据输出。本发明在使用时将tlk2711传输接口的输出数据实时转换为可以通过usb3.0这一通用数据传输接口进行传输的数据，为tlk2711传输数据在计算机上实时存储与显示提供了一种新的技术手段和方法，解决了现有转换电路价格昂贵的问题。

2、本发明提供的tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路支持双向数据传输，可以通过usb3.0向tlk2711发送数据，而后tlk2711将并行数据串化后发送至上位机。

3、本发明提供的tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路，易于实现，经济、实用性好，该电路与任何具备usb3.0的计算机连接就可以方便的进行图像采集存储。

4、本发明的tlk2711传输接口与usb3.0传输接口的转换电路，具有带宽高、实时性好、误码率低；并具有市场通用性好、体积小、便于携带、简单方便、工作性能稳定等诸多优点，还可以用在如：高分辨成像光谱仪、立体测绘相机、大带宽可见光相机、无人机载荷成像设备等设备中。

5、本发明的fpga数据处理单元设置有外设存储单元，外设存储单元用来存储数据，这样一方面可以使得usb3.0输出数据占用与空闲时间较均衡；另一方面可以避免数据因usb尚未与计算机系统握手，但前端却有数据发送来，从而造成数据丢失的情况。

附图说明

图1为本发明实施例tlk2711传输接口与usb3.0传输接口转换电路组成框图；

图2为本发明实施例tlk2711传输接口向usb3.0传输接口转换的电路结构及数据信息流示意图；

图3为本发明典型应用案例连接示意图。

具体实施方式

下面结合具体典型实施例对本发明进行详细说明。

如图1-2所示，本发明提供的tlk2711数据传输接口向usb3.0数据传输接口转换电路包括fpga单元、flash存储单元、数据输入单元、外设存储单元、数据输出单元、晶振单元、供配电单元组成。

(1)数据输入单元

数据串行输入单元由接口连接器、tlk2711高速串行/解串收发器组成；具体应用实施案例中，连接器采用airborn公司生产的mkhs连接器，根据工程需要设计中使用了1片tlk2711芯片，单片工作时钟100mhz；tlk2711将输入的高速串行数据解码为16bit并行数据、1路100mhz随路时钟、2路k/d编码控制信号(此2路信号根据发端数据格式协议，用来判断是否为有效数据)；tlk2711将串行数据解串后通过总线的方式将数据流输出给fpga控制单元进行数据处理。

(2)fpga单元

fpga单元接收数据输入单元输入的数据、时钟和控制信号，fpga通过内部运行软件调用其内部逻辑单元将有效数据存入外设存储单元，而后将根据一定的访问频率，访问外设存储单元并从外设存储器件中读取数据，并将其进行数据合并后存入内部缓存fifo模块中，最后将数据依次发送至数据输出单元电路。

具体到本发明一个实际应用案例中，选用了xilinx公司fpga型号为xc7k325t-1fbg900i，内部数据合并逻辑模块将收到的2个16bit并行数据合并为1个32bit，而后存入内部fifo模块，这是因为电路设计所选usb3.0采用了32bit数据并行输入，案例为了读取fifo方便而采取的此种方式，因此fifo位宽设置为32bit，位深根据图像大小具体设置。

(3)外设存储单元

外设存储单元用来存储数据，具体到本发明实际应用案例，电路设计选用了micron公司的2片ddr2存储器件mt47h64m16hr芯片，其单片数据位宽16bit。

(4)数据输出单元

数据输出单元由输出连接器、usb3.0发送芯片组成，工作过程中需要供配电单元提供工作电平，并接收fpga发送的1路时钟信号、1路数据有效信号、2路控制信号、32bit并行图像数据。具体到本设计采用了1片fidi公司生产的ft601q芯片；输出连接器采用了usb3.0标准接口。

(5)flash存储单元

flash存储单元为一种非易失性、电可擦除可编程只读存储器，主要用来为fpga启动提供程序加载。具体到本案例，使用了micron公司生产的flash芯片n25q256aesf40g。

(6)晶振单元

所述晶振为fpga提供工作时钟，是整个板卡工作的源头时钟。具体到本案例，采用了100mhz外部晶振。

(7)供配电单元

供配电单元包括电源接口连接器、数片电源变换芯片，为整个电路器件工作提供所需的多个类型的电源。

图3所示为本发明典型应用案例连接示意图，高分辨成像设备通过tlk2711高速串行/解串收发器输出数据，tlk2711高速串行/解串收发器通过差分传输线路将数据传输至tlk2711数据传输接口向usb3.0数据传输接口转换电路，数据将转换后通过usb3.0线缆输出至计算机存储设备。