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一、裝置概述
柔性直流輸電系統中用於控制與測量的FS系統，適用於風電和太陽能發電的併網快速數值計算和閉環控制，以及與直流輸電系統的換流器有關的特殊控制功能，包括門控單元的訊號處理。該控制板的最大響應週期為1us，可以適應以後風力和太陽直流輸電工程的特殊應用。
該控制系統，同時也可以柔性直流閥進行控制使用。
二、多路光纖FPGA控制板卡
多路光纖的資料採集，實現資料的集中處理和高可靠性，本方案採用雙片XC5VLX155T-1FF1136晶片，主FPGA 外接200路LVTTL電平的IO，8路光纖；從FPGA外接1路光纖，1路千兆網路，2路RS422 ，2路Can匯流排。
三、核心板FPGA的設計指標
（1）該板含有兩片V5的155T；
（2）兩片V5之間的電氣連線採用高速LVDS和PCIEX4 （RapidIO X4）連線；
（3）每片V5都需要帶有DDR2，；
（4）主V5帶有8個光模組輸出，同時還有LVDS介面接到匯流排板；
（5）副V5除了與主V5連線外，外接有一個光模組，1個乙太網，2路Can和2個RS422；
（6）每片V5均採用XCF128進行配置；
（7）帶有8路LED測試燈和一個復位鍵和三個按鍵；
（8）主V5匯流排板的介面為200路LVDS，可做輸入或者輸出。時鐘支援多板卡同源。
（9）副V5除了與主V5連線、DDR2、8路LED測試燈、一個復位鍵和三個按鍵外，剩下的IO口採用IDE引出；
（10） 支援 三塊板卡的時鐘同源和觸發同步。其中一個做主處理板，兩個做從處理板。
（11）1路網路卡的網速設計為1000MHz；
（12）兩路CAN的速度設計為250Kbps；
（13）系統採用+5V供電，其餘電源管理晶片(3.3V，1.0V，1.8V，2.5V)由設計方設定；
（14）兩路獨立的JTAG；
（15） 實時監控硬體工作溫度；
（16） 支援冷板導冷方式；
（17）支援工作狀態以及環境溫度的上電自檢測和週期自檢測。
四、FS-TDM匯流排板卡
FS-TDM匯流排介面卡將用於新的硬體平臺，負責完成控制單元與直流控制保護系統的資料交換，可以冗餘配置。該匯流排介面卡的作用為，將直流控制保護系統的資料轉換為LVDS電氣規範的資料。
（1）功能及特點
功能
● 6收共計2個通道，通道之間具備同步傳送功能。
● 完成TDM匯流排與LVDS匯流排的物理介面與資料格式的轉換。
特點
● 具有一個LVDS介面。
● 與其他系統的介面採用TDM匯流排介面，ST光纖介面，通道之間具備同步傳送功能。
● TDM匯流排的傳輸速率為40Mbps,物理通道傳輸速率按最小100Mbps設計。
● 控制介面的設計採用FPGA實現，具有設定功能。
● 傳輸距離：多模光纖要求最大300m，單模光纖要求最大距離為10Km。
● 資料傳輸特性遵循標準的TDM匯流排規範。
● 自檢功能及必要的硬體設計訊號。
● 資料緩衝區，具有先入先出的特點，寬度和深度分別為32bit及24bit，建議在FPGA中實現。
（2）板卡硬體結構
FS-TDM板的板卡結構如圖2-3-1所示：
圖2-3-1 FS-TDM板卡硬體結構框圖
如圖2-3-1所示，FS-TDM板由以下幾個部分構成：
● 十二路單向光口：四個TDM接收介面，光介面模組採用如圖所示模組。
● 整形變換電路：完成TDM與FPGA的電氣連線；
● 一片Xilinx Spartan3系列的FPGA器件：完成IO訊號交換、光介面功能；
● 16路IO：輸入輸出均為16路的，總共為32路的IO，輸入輸出方式均採用開路的方式，滿足24V的介面需求；
● 輔助電路：8路LED燈（綠色）和8按鍵。
● 配置晶片：採用XCF04
五、FS-PCLM板卡
使用Xilinx公司的S6處理器設計，在本設計中完成控制訊號的光電接收解碼、訊號的串並轉換、數字訊號的輸入計數並透過光模組進行的收發功能。
功能
● 有兩路光模組，一路接收來自控制板的控制訊號，同時上傳計數後的資料，另外一路作為備份使用，用於更高電平數的擴充套件（級聯方式）。
● 串並轉換功能，把接收到的控制板的控制訊號，轉換成並行訊號輸出，最大使用輸出IO為80路。
● 輸出IO的定義採用EEPROM的資料進行配置，具有實時修改和配置輸出IO的功能。
● 輸入IO功能，輸入80路數字訊號，並對訊號的頻率進行計數，然後透過光模組上傳到控制板。
● DDR2進行資料的暫存
板卡硬體結構
FS-PCLM板的板卡結構如圖3-3-1所示：
圖3-3-1 FS-PCLM板卡硬體結構框圖
六、FS-PCLE板卡
（1）概述
● 使用Xilinx公司的CPLD設計，在本設計中完成控制訊號的光電發射和接收的配置功能。
● 命名規則：FS-PCLE：-Flexible System - Primary Control Light Expendborad
（2）功能及特點
功能
● 80路輸入IO訊號分成10路8位訊號的輸入的選擇。
● 80路輸出IO訊號分成10路8位訊號的輸出的選擇。
● 選擇方式採用DIP開關進行設定，便於現場除錯使用。
特點
● 有兩片CPLD的XC2C256。
● 有16路光模組，為8路傳送和8路接收。
● 中有160連線到匯流排板上,其中的80路作為輸入,而另外的80路作為輸出。
● 帶有8路LED狀態燈。
● 4位DIP開關。
（3）板卡硬體結構
FS-PCLE板的板卡結構如圖4-3-1所示：
如圖4-3-1所示，FS-PCLE板由以下幾個部分構成：
● 光模組：8路光模組介面作為輸入訊號，另8路光模組介面作為輸出訊號，模組名稱見圖。
● 一片Xilinx的CPLD器件：完成IO訊號交換、光介面功能。
● 輔助電路：DIP開關，進行輸入輸出選擇。
七、CPCI 介面及板間互聯設計
FS板資料互聯：
FS板 需要在四塊板子之間建立起互聯通道，每個板子需要連線到另外三塊板子上面。拓撲圖如下：
每一組訊號定義為： CLKin，CLKout，ENin， ENout ，DATAin[0：9] DATAout[0：9]，一共24對差分線
對於TDM板卡，每個板子的主FPGA有9對LVDS互聯，彼此互相連線在一起，使用的時候，主控板透過LVDS給所有的從板資料，另外有32根普通IO，TMD給主控板提供需要的控制資料。
因而總共需要 24X3+19 91對LVDS差分線，32根普通IO。
FS 板時鐘互聯：
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