[發明專利]一種基于FPGA的串行差分通信數據采集系統及方法

有效

• 申請號: 202111269365.0
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114003530B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 韓冰;冉峰;孔祥明;郭愛英
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06F13/38
• 分類號: G06F13/38;H03M9/00
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 程華

1.一種基于FPGA的串行差分通信數據采集系統，其特征在于，所述基于FPGA的串行差分通信數據采集系統包括：時鐘管理單元、相位同步單元、字同步單元、通道同步單元、計時單元以及依次連接的輸入單元、信號延時單元、串并轉換單元、通道延時單元、通道選擇控制單元；

所述相位同步單元與所述通道選擇控制單元及所述信號延時單元連接；所述字同步單元與所述通道選擇控制單元、所述串并轉換單元及所述相位同步單元連接；所述通道同步單元與所述通道選擇控制單元及所述通道延時單元連接；所述時鐘管理單元與所述信號延時單元、串并轉換單元及通道同步單元連接；所述計時單元分別與所述時鐘管理單元及所述通道同步單元連接；

所述時鐘管理單元用于接收外部時鐘，并根據所述外部時鐘確定時鐘信號；所述時鐘管理單元包括：第一鎖相環，用于接收外部時鐘；時鐘延時電路，與所述第一鎖相環連接，用于對所述外部時鐘進行延時，得到時鐘信號；第二鎖相環，分別與所述時鐘延時電路、信號延時單元、串并轉換單元及通道延時單元連接，用于將所述時鐘信號發送至所述信號延時單元、串并轉換單元及通道延時單元；

所述輸入單元用于接收N個低電壓差分信號，并將各低電壓差分信號轉換為對應的單端信號；

所述信號延時單元用于根據所述時鐘信號及初始信號延時量，對各單端信號延時，得到對應的初始串行數據；

所述串并轉換單元用于根據所述時鐘信號及初始起始位，將各初始串行數據轉換為對應的初始并行數據；

所述通道延時單元用于根據所述時鐘信號及初始通道延時量，對各初始并行數據進行合并及通道延時處理，得到對應的初始延時數據；

所述通道選擇控制單元用于從N個初始延時數據中逐一選擇待同步延時數據，并生成對應的相位同步啟動信號；

針對任一待同步延時數據及對應的相位同步啟動信號，

所述相位同步單元用于根據所述相位同步啟動信號及所述待同步延時數據，生成相位延時控制信號及字同步啟動信號；

所述相位同步單元包括：

相位同步模塊，分別與所述通道選擇控制單元及所述字同步單元連接，用于根據所述相位同步啟動信號對所述待同步延時數據采樣，得到采樣數據，并根據所述采樣數據生成相位延時控制信號及字同步啟動信號；

第一譯碼器，分別與所述通道選擇控制單元、所述相位同步模塊及所述信號延時單元連接，用于將所述相位同步控制信號發送至所述信號延時單元；

所述相位同步模塊包括：

采樣子模塊，與所述通道選擇控制單元連接，用于根據所述相位同步啟動信號對所述待同步延時數據持續采樣，得到各采樣點對應的采樣數據；

判斷子模塊，與所述采樣子模塊連接，用于判斷相鄰兩個采樣數據的狀態，產生判斷結果；

第一采樣點確定子模塊，與所述采樣子模塊及所述判斷子模塊連接，用于在所述判斷結果為相鄰兩個采樣數據的狀態為由不穩定狀態到穩定狀態時，將穩定狀態采樣數據對應的采樣點作為第一采樣點；

第二采樣點確定子模塊，與所述采樣子模塊及所述判斷子模塊連接，用于在所述判斷結果為相鄰兩個采樣數據的狀態為由穩定狀態到不穩定狀態時，將穩定狀態采樣數據對應的采樣點作為第二采樣點；

中心點確定子模塊，分別與所述第一采樣點確定子模塊及所述第二采樣點確定子模塊連接，用于將所述第一采樣點與所述第二采樣點的中間位置作為中心點；

控制信號生成子模塊，分別與所述中心點確定子模塊、所述第一譯碼器及所述字同步單元連接，用于根據所述中心點，生成相位延時控制信號及字同步啟動信號，在面對低速率數據，數據周期遠大于延時時間，無法找到不穩定狀態的情況，以延時的中間值作為最終采樣點，根據最終采樣點，生成相位延時控制信號及字同步啟動信號，并將所述相位延時控制信號發送至第一譯碼器，將所述字同步啟動信號發送至字同步單元；

所述信號延時單元還用于根據所述相位延時控制信號，對對應的單端信號進行相位同步，得到相位同步串行數據；所述串并轉換單元還用于根據初始起始位，將所述相位同步串行數據轉換為相位同步并行數據；所述通道延時單元還用于根據初始通道延時量，對相位同步并行數據進行合并及通道延時處理，得到相位同步延時數據；

所述字同步單元用于根據所述字同步啟動信號及相位同步延時數據，生成字同步控制信號；

所述串并轉換單元還用于根據所述字同步控制信號，對對應的相位同步串行數據進行字同步，得到字同步并行數據；所述通道延時單元還用于根據初始通道延時量，對字同步并行數據進行合并及通道延時處理，得到字同步延時數據；

所述通道選擇控制單元還用于在N個初始延時數據均完成相位同步和字同步后，生成通道同步啟動信號；所述通道同步單元用于根據所述通道同步啟動信號及N個字同步延時數據間的延時量，生成通道同步控制信號；

所述通道延時單元還用于根據所述通道同步控制信號，將N個字同步延時數據的起始字對齊，得到最終采樣數據；

所述計時單元用于在所述時鐘管理單元初始化時鐘信號后開始計時，在得到最終采樣數據后停止計時，得到同步時間，并實時檢測所述同步時間是否超過預設時間閾值，在所述同步時間超過預設時間閾值時，產生超時信號；

所述時鐘管理單元還用于根據所述超時信號重新配置時鐘信號，對時鐘重新配置延遲，并重新開啟同步，對所有數據重新同步。