基于TLK2711的遙感衛(wèi)星高速串行載荷數(shù)據(jù)接口設(shè)計

張媚 杜輝 關(guān)暉 潘騰

(北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094)

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基于TLK2711的遙感衛(wèi)星高速串行載荷數(shù)據(jù)接口設(shè)計

張媚 杜輝 關(guān)暉 潘騰

(北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094)

高分辨率遙感衛(wèi)星星上載荷原始數(shù)據(jù)率不斷提高，如何將高速載荷數(shù)據(jù)傳輸至后端數(shù)據(jù)處理設(shè)備已成為遙感衛(wèi)星載荷接口設(shè)計的關(guān)鍵。在研究高速串行/解串(SerDes)收發(fā)器件TLK2711工作原理的基礎(chǔ)上，提出了高速串行載荷數(shù)據(jù)傳輸接口的設(shè)計方案。通過在某衛(wèi)星星載數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的首次應(yīng)用，實現(xiàn)了星上2 Gbit/s的高速串行數(shù)據(jù)傳輸，工程試驗和在軌驗證表明了接口設(shè)計的正確性和可靠性，可為其它星載高速數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計提供借鑒。

TLK2711；高速串行數(shù)據(jù)接口；數(shù)據(jù)傳輸；遙感衛(wèi)星

1 引言

近年來，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取方式出現(xiàn)多樣化，遙感數(shù)據(jù)源也呈現(xiàn)出高時間分辨率、高空間分辨率和高光譜分辨率的發(fā)展趨勢，遙感衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)的類型越來越多，數(shù)據(jù)量越來越大，導(dǎo)致了載荷實時輸出的數(shù)據(jù)率急劇增大。我國遙感衛(wèi)星的載荷數(shù)據(jù)率已經(jīng)從早先“資源”系列衛(wèi)星的幾百兆比特每秒發(fā)展到目前的數(shù)個吉比特每秒，同時還繼續(xù)向數(shù)十吉比特每秒甚至數(shù)百吉比特每秒發(fā)展，數(shù)據(jù)率增長了近百倍[1]。如何將高速的載荷原始觀測數(shù)據(jù)送往后端數(shù)傳分系統(tǒng)壓縮及數(shù)據(jù)處理等設(shè)備，已經(jīng)成為遙感衛(wèi)星設(shè)計的關(guān)鍵問題。

遙感衛(wèi)星載荷與數(shù)傳分系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口類型有同步接口和異步接口，接口電平的選擇一般有晶體管邏輯(TTL)電平、發(fā)射極耦合邏輯(ECL)電平、RS422電平、低壓差分信號(LVDS)電平、電壓型邏輯(VML)電平等。其中，TTL電平的抗干擾能力較差，電纜線長度不宜超過3 m，對星載設(shè)備布局要求和限制較多；后幾種電平均為差分工作方式，抗干擾能力強，可以有效抑制引線串?dāng)_的影響。但ECL接口的最大缺點就是直流功耗較大，RS422接口的最大傳輸速率僅為10 Mbit/s[2]，這兩種接口在速度、噪聲、功耗、成本等方面的固有缺陷使其難以勝任實際應(yīng)用；而LVDS接口因其具有傳輸速率高、功耗小、抗共模干擾抑制能力強等優(yōu)點，在傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)接口設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。LVDS接口由于接口時鐘頻率的限制，推薦使用的每路最高速率約為100 Mbit/s左右[3]，通常采用多路信號并行的方式進行傳輸[4]。在單路最高速率的限制下，如果采用LVDS接口，為了滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求，只能單純地依靠增加并行路數(shù)來提高接口速率。然而，并行路數(shù)的增加將導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部附屬電路、設(shè)備面板電連接器以及設(shè)備之間傳輸電纜數(shù)量的顯著增加，設(shè)備尺寸和重量及電纜重量隨之增加，不利于設(shè)備的研制和系統(tǒng)的集成。同時，LVDS接口采用時鐘同步信號，傳輸過程中時鐘與數(shù)據(jù)分別發(fā)送，各信號的瞬時抖動不一致必將導(dǎo)致傳輸質(zhì)量的下降，因而對收發(fā)設(shè)備及傳輸電纜的鐘碼對齊關(guān)系提出了嚴(yán)格要求。因此，隨著載荷數(shù)據(jù)傳輸速率的進一步提升，必須尋求一種傳輸速率更高、時鐘數(shù)據(jù)對齊要求低、電纜設(shè)計簡單的通信接口。

TLK2711是一種基于串行/解串 (SERializer/DESerializer，SerDes) 技術(shù)的高速收發(fā)器件，單路串行傳輸速率高達(dá)2.5 Gbit/s[5]。TLK2711采用VML差分信號，具有較好的抗干擾能力[6]；同時TLK2711采用自同步通信方式，利用時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)代替同步傳輸數(shù)據(jù)和時鐘，有效解決了信號和時鐘偏移問題；此外，串行通信技術(shù)充分利用傳輸媒體的信道容量，減少所需的連接器引腳數(shù)目，降低芯片外圍引腳數(shù)，設(shè)備及電纜布線更為簡單，系統(tǒng)抗干擾能力更強?？梢?，不管從傳輸速率，還是從線纜復(fù)雜度、時鐘數(shù)據(jù)關(guān)系等方面，高速串行傳輸接口相比傳統(tǒng)LVDS并行接口均具有較大優(yōu)勢。

本文在研究SerDes收發(fā)器件TLK2711工作原理的基礎(chǔ)上，提出了高速串行數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計方案，并根據(jù)衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)傳輸需求設(shè)計了點對點單工通信協(xié)議。同時結(jié)合衛(wèi)星工程實踐情況，對TLK2711高速串行數(shù)據(jù)傳輸接口在某衛(wèi)星中的應(yīng)用及驗證情況進行了分析和探討。

2 TLK2711工作原理

TLK2711是千兆高速收發(fā)器件，支持1.6 Gbit/s到2.5 Gbit/s的串行數(shù)據(jù)率(航天級)，提供超過2.16 Gbit/s的信號帶寬，可應(yīng)用于超高速、點對點的雙向傳輸系統(tǒng)中。TLK2711作為高速傳輸鏈路中的核心器件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行/解串功能，即在發(fā)送端多路低速并行信號被轉(zhuǎn)換成高速串行信號，在接收端高速串行信號被轉(zhuǎn)換成低速的并行信號，因此也被稱為SerDes收發(fā)器。TLK2711具有如下特點[5,7]：

(1)串行傳輸速率為1.6 Gbit/s ～ 2.5 Gbit/s，支持背板、銅線和光纖轉(zhuǎn)換器接口；

(2)采用68芯陶瓷絕緣封裝，支持熱插拔保護；

(3)采用2.5V供電，低處理功耗；

(4)串行輸出可編程預(yù)加重控制；

(5)支持片內(nèi)8B/10B編碼解碼，芯片自帶逗點檢測功能(進行數(shù)據(jù)同步)；

(6)輸入低速參考時鐘，提供片內(nèi)PLL時鐘合成功能(時鐘倍頻)；

(7)滿足工業(yè)溫度范圍，具有高等級宇航級器件。

TLK2711接口的工作原理如圖1所示。圖中，TKLSB和TKMSB為K碼發(fā)生器的發(fā)送控制信號，分別表示發(fā)送數(shù)據(jù)的低8 bit和高8 bit是數(shù)據(jù)還是K碼，通常兩者配合使用；RKLSB和RKMSB為K碼指示標(biāo)識，這兩個信號是接收狀態(tài)信號，分別表示低8 bit和高8 bit接收到的是數(shù)據(jù)還是K碼；TXCLK為發(fā)送端外部參考輸入時鐘；RXCLK為接收端恢復(fù)的時鐘信號。

從圖1可以看出，TLK2711發(fā)送接口包括編碼器、串行器、發(fā)送器，接收接口包括解碼器、解串器、接收器。在發(fā)送端，TLK2711將輸入的16 bit并行有效數(shù)據(jù)分成兩個字節(jié)，并與控制碼TKLSB和TKMSB同時送入兩個8 bit/10 bit編碼器進行編碼，每個編碼器產(chǎn)生的10 bit有效數(shù)據(jù)經(jīng)多路復(fù)用器送入串行器，完成并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，最后通過帶有預(yù)加重功能的發(fā)送器輸出串行差分?jǐn)?shù)據(jù)信號。在接收端，TLK2711接收到經(jīng)8 bit/10 bit編碼后的串行差分?jǐn)?shù)據(jù)，通過恢復(fù)時鐘對輸入數(shù)據(jù)流進行同步，將串行數(shù)據(jù)經(jīng)解串器完成串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，再通過兩個獨立的逗點檢測(Comma Detect)和8 bit/10 bit解碼器，完成數(shù)據(jù)解碼和字節(jié)排列對齊，最后輸出16 bit并行有效數(shù)據(jù)。TLK2711發(fā)送接口和接收接口可獨立使用(單工通信)，也可同時使用(雙工通信)。

圖1 TLK2711原理框圖Fig.1 Block diagram of TLK2711

3 星載高速串行數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計

3.1 設(shè)計方案

本文研究的基于TLK2711的高速串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，主要用于衛(wèi)星有效載荷和后端數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間的通信接口，將衛(wèi)星有效載荷采集到的高分辨率圖像數(shù)據(jù)傳輸至后端數(shù)據(jù)處理模塊，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)信號調(diào)制、放大后經(jīng)星地數(shù)傳鏈路下傳至地面接收站。

基于TLK2711的高速串行數(shù)據(jù)傳輸接口由三部分組成，包括發(fā)送端、傳輸電纜和接收端。數(shù)據(jù)傳輸接口框圖如圖2所示。其中，發(fā)送端包括發(fā)端數(shù)據(jù)處理電路、TLK2711發(fā)送電路、晶振、DC/DC電路、電連接器等部分；接收端包括收端數(shù)據(jù)處理電路、TLK2711接收電路、晶振、DC/DC電路、電連接器等部分；發(fā)送端和接收端之間通過同軸或差分等高速串行信號傳輸電纜進行連接。

3.2 系統(tǒng)工作流程

基于TLK2711的高速串行數(shù)據(jù)傳輸接口的工作流程如下：

(1)發(fā)送端將實時采集到的多路并行載荷圖像數(shù)據(jù)、外部輸入時鐘、使能信號送入TLK2711發(fā)送電路轉(zhuǎn)換成一路串行差分信號；串行差分信號作為有效數(shù)據(jù)單元結(jié)合幀頭、幀尾組成一個數(shù)據(jù)幀，以數(shù)據(jù)幀的形式進行串行傳輸；幀頭、幀尾為按照8 bit/10 bit編碼規(guī)則形成的控制K碼。

(2)接收端TLK2711接收電路根據(jù)對齊字符對接收到的數(shù)據(jù)幀進行數(shù)據(jù)提取，去掉幀頭、幀尾得到有效數(shù)據(jù)單元。

(3)將有效數(shù)據(jù)單元中的串行數(shù)據(jù)進行解串，恢復(fù)出多路并行圖像數(shù)據(jù)、并行時鐘和使能信號送入FPGA內(nèi)部，由FPGA做進一步處理。

3.3 串行通信協(xié)議設(shè)計

本文所提出的TLK2711高速串行數(shù)據(jù)接口采用的是點對點單工通信，數(shù)據(jù)在通道上以數(shù)據(jù)幀的形式傳遞。為保證數(shù)據(jù)幀在協(xié)議通道中正確傳輸，必須在通道中傳輸一些控制字符，并設(shè)計一定的傳輸協(xié)議[8]。TLK2711通信協(xié)議設(shè)計主要包括協(xié)議控制字符定義、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)定義、協(xié)議工作機制等。

1)協(xié)議控制字符定義

TLK2711收發(fā)接口是基于8 bit/10 bit編碼的，因此利用8 bit/10 bit編碼中的特殊字符(K字符和D字符)來定義協(xié)議控制信息。本協(xié)議定義的協(xié)議控制字符如表1所示，包括數(shù)據(jù)幀幀頭、幀尾以及同步字符。由于TLK2711是以16 bit為一個基本的傳輸單位，因此每一個控制字符都定義成2 byte，分別由D碼和K碼組成。

表1 控制字符

2)協(xié)議數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

約定發(fā)送端和接收端之間通過一定的數(shù)據(jù)幀格式進行數(shù)據(jù)傳輸。本協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)幀包括幀頭(/SF/)、幀尾(/EF/)和數(shù)據(jù)(DATA)三部分組成，如圖3所示。傳輸時幀與幀之間發(fā)送同步字符/SP/來保證傳輸鏈路的同步。

(1)幀頭：/K28.2/K27.7/；16進制為/5C/FB/，占用2 byte；

(2)幀尾：/K29.7/K30.7/；16進制為/FD/FE/，占用2 byte；

(3)數(shù)據(jù)單元：發(fā)送雙方約定的數(shù)據(jù)，16 bit數(shù)據(jù)長度不大于16 Kbyte。

圖3 數(shù)據(jù)幀的定義Fig.3 Definition of data frame

3)協(xié)議工作過程

為保證發(fā)送數(shù)據(jù)有效接收，收發(fā)雙方必須建立一定的協(xié)議工作機制。本協(xié)議約定的工作機制如圖4所示，系統(tǒng)上電或復(fù)位后收發(fā)雙方處于失步狀態(tài)(要求在發(fā)送端復(fù)位后，接收端要保證已處于接收狀態(tài))，發(fā)送端發(fā)送同步字符/SP/，時間長度為1 ms，1 ms結(jié)束后認(rèn)為系統(tǒng)完成同步過程，發(fā)送端開始數(shù)據(jù)幀的發(fā)送。在每一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后和下一數(shù)據(jù)幀開始發(fā)送前，發(fā)送端要發(fā)送不少于一定數(shù)量的同步字符，然后發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀，依此循環(huán)直至相機停止工作。接收端如果在數(shù)據(jù)幀傳輸過程中失步，依靠數(shù)據(jù)幀間的同步字符重新建立收發(fā)間同步關(guān)系。

圖4 協(xié)議工作過程Fig.4 Protocol working procedure

TLK2711收發(fā)雙方在同步狀態(tài)建立后，接收端不斷檢測輸出接收控制信號RKLSB和 RKMSB(分別表示低8 bit和高8 bit接收到的是數(shù)據(jù)還是K碼)，如果在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中控制信號出現(xiàn)高電平即認(rèn)為出現(xiàn)失步。接收端如果在數(shù)據(jù)幀傳輸過程中失步，本協(xié)議約定收發(fā)雙方依靠數(shù)據(jù)幀間的同步字符重新建立起收發(fā)間的同步關(guān)系；同步關(guān)系建立后，立刻轉(zhuǎn)入正常數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。

3.4 設(shè)計難點分析

TLK2711接口采用串行傳輸方式，而傳統(tǒng)LVDS并行數(shù)據(jù)接口則采用時鐘、門控、多路數(shù)據(jù)并行傳輸方式，兩者在設(shè)計上有較大差別。相比傳統(tǒng)并行接口，TLK2711串行收發(fā)接口設(shè)計中需特別注意對時鐘信號和門控信號使用。

1)時鐘信號

TLK2711對參考時鐘的要求為：時鐘頻率80 MHz～125 MHz，時鐘頻率準(zhǔn)確度優(yōu)于1×10-5，時鐘抖動(峰-峰值)優(yōu)于40 ps，時鐘信號的占空比范圍為0.4～0.6。與并行接口相比，TLK2711芯片對時鐘信號的抖動有著明確且十分嚴(yán)格的要求，即抖動峰-峰值需小于40 ps。此要求一般的時鐘電路無法達(dá)到，需采用專用的高等級晶振器件。由于晶振信號經(jīng)過時鐘處理電路后抖動值會有惡化，為了保證抖動值滿足要求，建議TLK2711芯片所使用參考時鐘信號為晶振直接提供的，未經(jīng)過其他倍頻或分頻處理，且發(fā)送端和接收端應(yīng)配備獨立的時鐘晶振。

2)門控信號

TLK2711屬于異步串口芯片，其內(nèi)置有可靠的數(shù)據(jù)協(xié)議。傳統(tǒng)的并行接口中使用的門控信號來區(qū)分有效數(shù)據(jù)和無效數(shù)據(jù)。在基于TLK2711芯片的異步傳輸接口中則無需使用門控信號。因為按照TLK2711推薦的協(xié)議，在不發(fā)送有效數(shù)據(jù)時，需發(fā)送K碼。接收端再監(jiān)測到K碼后即可認(rèn)為傳輸?shù)氖菬o效數(shù)據(jù)。此外，LSB和MSB信號提供K碼指示功能，可以利用LSB和MSB信號在接收端恢復(fù)行同步信號。而在發(fā)送端，在按照數(shù)據(jù)協(xié)議生成K碼后無需保留門控信號，即無需向TLK2711芯片發(fā)送門控信號。

4 TLK2711高速串行數(shù)據(jù)接口在某衛(wèi)星中的測試與驗證

某衛(wèi)星相機輸出的圖像原始數(shù)據(jù)率高達(dá)6.7 Gbit/s，為提高信號傳輸速率，簡化接口設(shè)計，某衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計中首次采用了基于TLK2711的高速串行數(shù)據(jù)接口，用于相機分系統(tǒng)視頻處理器與數(shù)傳分系統(tǒng)壓縮編碼器之間的原始圖像數(shù)據(jù)傳輸。TLK2711設(shè)計過程中，選用100 MHz參考時鐘，每路TLK2711的有效數(shù)據(jù)率可達(dá)1.6 Gbit/s，經(jīng)過8B/10B編碼后單路信號速率可高達(dá)2 Gbit/s。

針對相機與數(shù)傳分系統(tǒng)間的TLK2711高速串行接口，某衛(wèi)星在研制過程中進行了充分的測試和驗證，主要包括接口選型驗證、電性能驗證、空間環(huán)境適應(yīng)性驗證等方面。

1)接口選型驗證試驗

設(shè)計初期，某衛(wèi)星開展了相機與數(shù)傳載荷接口選型驗證試驗。利用數(shù)據(jù)發(fā)送試驗板和數(shù)據(jù)接收試驗板進行了TLK2711接口傳輸性能測試。同時開展了高速電纜傳輸性能驗證，為傳輸電纜選型和接口配置提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

試驗參試設(shè)備連接關(guān)系如圖5所示。試驗挑選了3組不同類型的電纜(含接插件)，包括國產(chǎn)同軸電纜、Airborn微同軸電纜和Airborn差分電纜。試驗結(jié)果表明：TLK2711可以實現(xiàn)穩(wěn)定的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可以滿足某衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸需求；使用長度為2.5 m、阻抗為50 Ω的同軸電纜，采用手冊推薦的接口電路形式，收發(fā)使用非同源的時鐘，TLK2711高速接口速率可達(dá)到2.5 Gbit/s(參考時鐘選用125 MHz)。Airborn微同軸電纜在同步特性、時鐘適應(yīng)性等綜合性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，故某衛(wèi)星最終選擇Airborn微同軸電纜。

2)電性能驗證

初樣研制階段，利用相機和數(shù)傳的相關(guān)電性產(chǎn)品的單板進行了TLK2711接口誤碼和圖像測試。共測試了PN碼和圖像數(shù)據(jù)兩種狀態(tài)。對于16路數(shù)據(jù)，每路均進行15 min誤碼測試。在15 min統(tǒng)計時間內(nèi)，誤碼均為0。試驗證明，基于TLK2711的高速串口誤碼率滿足使用要求。同時，某衛(wèi)星在相機和數(shù)傳分系統(tǒng)電性件、鑒定件、正樣件上開展的單機、分系統(tǒng)以及整星測試中，均對接口電性能進行了充分的驗證。

3)空間環(huán)境適應(yīng)性驗證

某衛(wèi)星中使用TLK2711芯片來發(fā)送高速數(shù)據(jù)的相機視頻處理器和使用TLK2711芯片來接收高速數(shù)據(jù)的數(shù)傳壓縮編碼器均投產(chǎn)了鑒定件。在視頻處理器和壓縮編碼器鑒定產(chǎn)品上開展的環(huán)境試驗項目，包括力學(xué)試驗、熱真空試驗、熱循環(huán)試驗、熱平衡試驗、電磁兼容性(EMC)試驗。在產(chǎn)品鑒定試驗過程中，沒有出現(xiàn)質(zhì)量問題。

為了進一步充分驗證TLK2711接口在高低溫條件下的適應(yīng)性，2012年12月，某衛(wèi)星利用視頻處理器和壓縮編碼器鑒定件開展了相機與數(shù)傳間接口的高低溫聯(lián)試。分別在高溫(+65℃)和低溫(-30℃)條件下進行接口數(shù)據(jù)傳輸考核，在高溫和低溫平衡狀態(tài)下保持8 h。在每個狀態(tài)下完成全色實傳、多光譜實傳各8次，每次成像15 min。試驗過程中測試數(shù)據(jù)均正確。經(jīng)過鑒定件專項環(huán)境試驗，驗證了溫度拉偏條件下TLK2711接口傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

4)在軌驗證情況

目前，某衛(wèi)星自發(fā)射成功后在軌已進行了數(shù)千次相機成像作業(yè)，載荷數(shù)據(jù)接口工作時長累計數(shù)百小時，所有成像數(shù)據(jù)傳輸均正確、無誤碼。

通過地面及在軌一系列的驗證表明，TLK2711串行數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計正確、合理，可以滿足某衛(wèi)星高速載荷數(shù)據(jù)的傳輸需求。

圖5 某衛(wèi)星TLK2711接口選型試驗參試設(shè)備連接示意圖Fig.5 Block diagram of TLK2711 interface testing for a satellite

5 結(jié)束語

本文針對遙感衛(wèi)星海量載荷原始數(shù)據(jù)與后端處理設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸問題，提出了一種基于TLK2711芯片的高速串行數(shù)據(jù)傳輸接口，給出了接口設(shè)計總體方案、系統(tǒng)工作流程、串行通信協(xié)議設(shè)計，并對設(shè)計難點進行了分析。通過某衛(wèi)星地面及在軌測試及驗證，表明TLK2711高速串行數(shù)據(jù)接口可以實現(xiàn)星上2 Gbit/s的串行信號傳輸。

目前，TLK2711高速串行數(shù)據(jù)接口以其傳輸速率高、接口簡單、抗干擾能力強等優(yōu)點，已逐步應(yīng)用于我國后續(xù)高分辨遙感衛(wèi)星中，同時該接口也由載荷與數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間的應(yīng)用逐步推廣至數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)存儲、調(diào)制等基帶處理設(shè)備之間。結(jié)合某衛(wèi)星工程研制經(jīng)驗，對后續(xù)衛(wèi)星TLK2711高速串行接口的設(shè)計和測試驗證提出如下建議：

(1)增加接口校驗設(shè)計。由于接口電路與數(shù)據(jù)源構(gòu)成完整的系統(tǒng)后，接口測試僅能依靠數(shù)據(jù)源的收發(fā)正確性來驗證，某衛(wèi)星在數(shù)傳與相機接口測試中，是利用輔助數(shù)據(jù)的正確性及圖像的正確性來判斷接口的正確性。由于相機發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)內(nèi)容不固定，此種判斷方法并不可靠。為了增加接口驗證的完整性，建議后續(xù)設(shè)計中在相機發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)后面增加校驗碼，接收端依據(jù)校驗碼判斷數(shù)據(jù)收發(fā)的正確性并將判斷結(jié)果隨載荷數(shù)據(jù)下傳至地面。

(2)嚴(yán)格選用晶振，規(guī)范參考時鐘源設(shè)計方法。TLK2711高速串行數(shù)據(jù)接口要求有高穩(wěn)定性和高精度的時鐘源，頻偏和抖動是衡量時鐘源的兩個重要指標(biāo)。TLK271l內(nèi)部對輸入?yún)⒖紩r鐘進行20倍頻，同時要求TLK2711的時鐘穩(wěn)定度小于±1×10-5，抖動值優(yōu)于40 ps(峰峰值)。因此，在設(shè)計時需選用性能指標(biāo)好的晶振，同時在時鐘源設(shè)計過程中，不建議使用FPGA內(nèi)部帶有倍頻或分頻功能的數(shù)字鎖相環(huán)(DLL)模塊或數(shù)字時鐘管理(DCM)模塊來生成參考時鐘。因為經(jīng)過內(nèi)部模塊倍頻的時鐘容易引起比較大的抖動，導(dǎo)致TLK2711接收鎖相環(huán)無法穩(wěn)定地鎖定發(fā)送時鐘從而產(chǎn)生誤碼。

(3)為了保證高速差分信號的傳輸質(zhì)量，差分線對的兩根線應(yīng)盡可能靠近并且遠(yuǎn)離其他信號，在進行PCB布線時，TLK271l的16 bit并行總線與伴隨時鐘也要進行等長處理，以保證輸入數(shù)據(jù)的同步和一致性。

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(編輯：李多)

Design of Satellite High-speed Serial Data Interface Based on TLK2711

ZHANG Mei DU Hui GUAN Hui PAN Teng

(Beijing Institute of Spacecraft System Engineering，Beijing 100094，China)

The payload data of high-resolution remote sensing satellite is increasing rapidly,and how to transmit the high-speed data to the posterior processor is of the first importance in the design.According to the technique specifications and characteristics of SerDes TLK2711,a design of high-speed serial data transmission interface is proposed.The high-speed serial transmission interface is first applied in a 2Gbit/s on-board data transmission system.The results of the engineering experiments and on-orbit test indicate that the design is correct and the transmission of the payload data is reliable.The experience can provide a reference for the design of other high-speed data transmission interfaces.

TLK2711;high-speed serial data interface;data transmission;remote sensing satellite

2015-10-08；

2015-11-09

國家重大航天工程

張媚，女，碩士，工程師，研究方向為航天器總體設(shè)計。Email:prettykitty1125@126.com。

TP302

A

10.3969/j.issn.1673-8748.2015.06.003