电子产品世界

1.3 硬件电路实现

　　本系统传输的信号速率从143Mbit/s到2.97Gbit/s，支持符合SMPTE 424M、SMPTE 292M、SMPTE 259M、SMPTE 297M、SMPTE 305M、SMPTE 310M标准以及DVB-ASI(EN50083-9)等数字电视格式的信号,满足工业级和广电产品相关标准要求。

　　系统硬件需要的主要器件包括多速率SDI接收芯片GS2970、多速率SDI发射芯片GS2972、多速率SDI均衡芯片GS2974B 、FPGA+DSP芯片XC3SD1800A、高速复接/解复接芯片TLK3101。芯片GS2974B将输入的3G/HD/SD-SDI信号进行均衡处理。

　　芯片GS2970将输入的SDI串行信号解码，恢复出采样时钟，并将输入的串行数据流转换为并行数据。芯片内部集成带压控振荡器的时钟恢复电路(Reclocker)和时钟恢复串行环路穿越电缆驱动器，可以自动调节输出压摆率，以适应数据的输入速度。芯片的输入抖动容限则高达0.7UI (单位信号时间)，因此即使信号的眼图已关闭60%以上，这款芯片仍可接收信号以及将信号解串。芯片具有信号环出功能，本端环出的3G/HD/SD-SDI信号，可直接连至高清显示大屏幕或SDI监控器，可供系统实时检测SDI 信号输入是否正常。其功能框图如图3所示。

　　芯片GS2972将接收到的并行数据转换为无压缩的3G/HD/SD-SDI信号。芯片内部集成电缆驱动器、带压控振荡器的时钟恢复模块和高性能PLL锁相环模块，不再需要外置本地时钟及抖动消除电路，有效节约了电路板的面积;芯片只需模拟3.3V、1.2V及数字1.2V供电，且功耗低，只有400mW(包括电缆驱动)，大大降低了系统成本。其功能框图如图4所示。

　　FPGA芯片XC3SD1800A 支持600Mbit/s到3.125Gbit/s的信号速率，从芯片GS2970解码输出的150MHz的20路并行数据, 经FPGA芯片一级复用转换为10 路300MHz的并行数据，同时FPGA芯片对150MHz的时钟频率信号进行倍频产生与原有时钟信号同相的300MHz时钟信号，以提供给行、场同步信号，进而使行、场同步信号与10 路并行数据信号同时复用。 FPGA芯片与编码器或解码器之间采用了LVDS技术，不再使用TTL电平连接。LVDS电平具有非常低的EMI辐射和功率损耗，并提供更高的收发速率;另外，并行数据总线也从20位减少到10位，使得PCB板图设计变得更容易，也降低了对FPGA的等级要求。

　　芯片TLK3101将从FPGA芯片接收到的10位并行数据进行8B/10B编码，复接为高速串行信号后输出;同时将输入的高速串行信号先进行8B/10B解码和通道对齐，转换成10位并行数据输出给FPGA芯片。具有信号丢失(LOS)检测功能。可接收的差分输入门限低至200mV。仅需2.5V单电源供电，且功耗低，约450mW(Typical)。其功能框图如图5所示。

2 电路测试

　　使用Tektronix仪器 WFM 7120对系统传输的SD-SDI信号进行了实际测试，测试结果如图6所示。

　　由测试结果可知，经过本系统传输的视频信号画面清晰，眼图质量好，信号抖动仅有0.12UI，优于SMPTE 259M规定的0.2UI。

3 结束语

　　目前，各省市电视台和广播通信网络系统也越来越迫切需要在现有的光纤链路中传送高清视频信号，本文设计的基于FPGA的3G/HD/SD-SDI信号的光纤传输系统，采用了SDI信号电复接、分接技术，实现了高质量视频信号的传输且没有任何图像质量的损失，另外FPGA具有较大的设计灵活性，对数据的擦除、修改，只需更改代码，无需改变电路结构，降低了系统成本，同时简化了系统的复杂性，提高了系统工作的稳定性。

参考文献：

　　[1]李彦迪. 基于FPGA的HD-SDI编解码技术的研究与开发[J]. 电子技术应用 2012

　　[2]Gennum. GS2970 Receiver Datasheet .2009

　　[3]Gennum. GS2972 Transmiter Datasheet.2011

　　[4]Gennum.GS2974B Adaptive Cable Equalizer Datasheet.2009

　　[5]Texas Instruments. TLK3101 Transceivers Datasheet.2001

　　[6]Xilinx. XA Spartan-3A DSP Automotive FPGA Family Data Sheet.2011

　　[7]SMPTE 259M,Television 10bit 4:2:2 Component and 4fsc Composite Digital Signals Serial Interface.1997

　　[8]SMPTE 292M,Television Bit-Serial Digital Interface For High-Definition Television Systems.1998

　　[9]SMPTE 424M,Television 3Gb/s Signal/Data Serial Interface. 2006

关键词： 3G/HD/SD-SDI 光纤传输 自动均衡 时钟恢复 201509