海上地震探测传输系统的设计

2.3 LVDS电路实现
　LVDS是一种小振幅差分信号技术，使用幅度非常低的信号(约350 mV)通过一对差分线或平衡电缆传输数据[3]。LVDS功耗小，速率快，可直接相连[4]，但直连的传输距离短，通常只有几米，故本系统采用了预加重和均衡电路来扩展传输距离。
如图3所示，信号先通过MAX9205并串转换后输出，然后经隔直和电压匹配后传送给由CLC006组成的信号驱动电路，信号峰峰值被提升后经阻抗匹配并输出，其中通过改变R5的大小可调整CLC006输出信号的峰峰值。信号被提升前与提升后的波形如图3所示。

　信号经100 m双绞线传输后峰峰值降低且上升沿变缓，如图4中C点波形所示。

　接收端经电阻网络进行阻抗匹配，电阻阻值采用如下公式进行计算：

其中Z₀为双绞线特征阻抗，VPP为信号峰峰值。接收到的信号经由CLC014芯片组成的均衡电路进行信号均衡后输入到MAX9206中，图4中给出了C、D两点的测量波形图。
3 FPGA中数据的传输过程
3.1 传输板的命令解析及下传过程
　命令通道采用自定义串口协议，将命令帧格式设计为两个9位的字节，其中一个字节传送命令，另一个字节传送参数。每个字节中的第9位用于作为命令和数据的标识位。
命令下传时有两种模式，一种为总线模式，一种为级联模式，使用总线模式比级联模式的优势在于不用使信号经FPGA解析，信号延迟小，缺点为传输距离有限，所以采用命令经过传输板后重新驱动的方式发送命令，同时接收进本地FPGA解析。
总线模式中命令都采用广播方式接收，动态设置传输板包号成为一个关键问题，设置包号即为把传输板以距离船体远近的方式设置序号。由于所有传输板同等接收命令，所以不能像级联模式那样通过命令经各传输板解析下传的方式区别各传输板以达到动态设置包号的目的。为解决此问题，系统采用的方法为：先下传点名命令，各传输板接收到此命令后通过级联的数据通道发送一点名帧，点名帧中包含包号信息，初始包号信息为“0”，当传输板接收到点名帧后，把点名帧中的包号信息加一后继续下传，依次类推，每个传输板最后发送的点名帧中的包号就是自身的包号。
3.2 传输板的数据处理及上传过程
为了保证传输速率，采集板的数据分两路传送到传输板，传输板采用“乒乓结构”的方式把两路数据合成一路，并添加状态信息与CRC(Cyclical Redundancy Check)16校验位，最后通过8B/10B的编码后将数据存入本地FIFO中。由于MAX9205与MAX9206数据线都是10 bit，用8B/10B编码在完成直流均衡功能的同时方便了程序的编写。
当各传输板接收到上位机发送的“采集数据”指令后，一方面各传输板将命令下传到与之对应的采集板，使采集板采集并上传一组数据；另一方面传输板将上传一帧本地FIFO中的数据到下一级传输板中，同时把接收到的上一传输板数据存入一个异步FIFO中，待上传本地数据完毕后再依次上传接收并存入异步FIFO中的数据，依此类推，直至把最后一个传输板上的数据也上传至其下一个传输板。