[發明專利]一種基于Virtex-5系列FPGA和TLK2711的星用高速串行接口

在審

• 申請號: 202110738665.2
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113535619A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 楊克成;孟祥濤;劉寧
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G06F13/38
• 分類號: G06F13/38;G06F13/40;G06F11/22
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

本發明是一種基于Virtex?5系列FPGA和TLK2711的星用高速串行接口電路，用于完成接收高分辨率對地觀測衛星信號檢測電路輸出的原始脈沖信號，通過高速串口向成像處理箱輸出微小角振動和時間等信息；通過接收PPS信息，進行時間處理；同時通過CAN接口與相機下位機進行時間校正、狀態監控等功能。本發明以Xilinx公司Virtex?5系列的FPGA芯片為平臺，以TLK2711為高速收發器，其中對外接口與相機下位機之間采用CAN2.0B總線通信，通信速率為500kbps，分為主備份通信；與成像處理單元采用高速通信接口完成通信，數據傳輸速率達到1.6Gbps。設計方案特點為低功耗，電路小型化，在低軌太空環境全溫下可保證高速信號在工作期間誤碼率為0。

技術領域

本發明涉及一種星用高速串行接口設計，特別是一種基于Virtex-5系列FPGA和TLK2711的星用高速串行接口設計。

背景技術

高分辨率對地觀測衛星如果采用光纖角度傳感的方式將衛星中的微小角振動信息精確檢測出來，進而采用圖像處理等手段完成圖像修復，可以提高光學載荷的成像水平。但該類衛星的載荷數據率已經從早先“資源”系列衛星的幾百兆比特每秒發展到目前的數個G比特每秒，衛星各分系統之間的數據接口類型包括同步接口和異步接口，接口電平的選擇一般包括TTL電平、ECL電平、RS422電平、LVDS電平以及VML電平等。其中TTL電平的抗干擾能力差，傳輸距離有限制；ECL接口直流功耗大；RS422接口受傳輸速率限制，僅可以達到10Mbps；LVDS接口受接口時鐘頻率限制，也僅能達到100Mbps左右。通常衛星上高速傳輸選用的是多路并行的方案，但多個接口芯片的并聯勢必增加通信成本及電路尺寸、重量。

衛星用產品，要考慮空間輻射和單粒子的問題。在電源管理方案中常規電路處理方式是采用具備抗輻照和單粒子指標的線性穩壓電源MSK系列或LW系列，然而線性電源的特性決定了低壓大電流的供電需求會損失大部分功率，在整體功耗大幅度上升的同時，還采用占據大面積的印制板空間或結構上增加冷板的方式用于散熱，這對產品低功耗、小型化的設計是不利的。而宇航用的小型開關電源芯片可選擇方案很少，并成本極高且有很大的禁運風險，很難實現電路產品化和成本節約。

發明內容

本發明解決的問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于Virtex-5系列FPGA和TLK2711的星用高速串行接口設計，這種電路設計方案廣泛適用于低成本商業衛星，且傳輸速率快、可靠性高、功耗小。

本發明的技術解決方案是：一種基于Virtex-5系列FPGA和TLK2711的星用高速串行接口電路，包括設置在一塊印制板上的電源輸入接口、角速率信號輸入接口、溫度模擬信號輸入接口、PPS輸入接口，高速通信接口、CAN總線通信接口；所述印制板上集成A/D轉換器、Virtex-5系列FPGA、TLK2711、存儲芯片以及供電電路；

所述FPGA通過PPS輸入接口接收PPS信息、通過CAN接口與相機下位機進行通信，通過A/D轉換器連接溫度模擬信號輸入接口，通過角速率信號輸入接口接收陀螺數據，通過TLK2711與上位機進行通信，存儲芯片用于存儲FPGA加載配置信息；

所述供電電路將電源輸入接口輸入的電壓轉換成印制板上各芯片需要的不同電壓，其中采用加抗閂鎖保護的開關電源供電方式為FPGA提供內核電壓，采用線型電源供電方式為FPGA其余接口、存儲芯片以及TLK2711提供所需電壓。

進一步的，采用抗閂鎖保護電路將輸入電壓進行異常保護，為開關電源芯片TPS54310PWP提供可靠的輸入電壓，由開關電源芯片TPS54310PWP向FPGA提供穩定的內核電壓。

進一步的，所述的抗閂鎖保護電路在后級芯片發生電流異常增大的情況下切斷電源并自動上電，以模擬上電重啟，超過3次后不再自動上電，直到重新加電或軟復位。

進一步的，采用線性穩壓芯片MSK5230為FPGA其余接口、存儲芯片以及TLK2711提供穩定的所需電壓。