CoaXPress 是如何只用一條線纜實現雙向傳輸和供電的

FPGA發表於2022-05-25

這是個很有意思的事情,CoaXPress的全雙工雙向資料傳輸、且供電只需要一條同軸線纜,這個原理對其它序列介面的設計是非常有參考價值的,尤其是對線纜長度、數量有嚴格要求的場合,一條同軸線纜走天下,不要太美好!

整體方案

對圖中出現的術語做一下解釋:

  • Device 指camera
  • HOST 指影像採集裝置
  • PRU 指power recieve unit,只在需要power on cable功能的時候才需要
  • PTU指power transfer unit,只在需要power on cable功能的時候才需要,對應是將12V電源升壓到24V再到同軸線纜,會有人問為什麼用24V而不是直接12V,這是因為要滿足13W的功耗,12V對應的電流太大,傳輸線的消耗會更大,那為什麼不更高呢?更高會顯著增加電路成本,24V是一個折中的較好的選擇
  • ΦD (包含高速序列傳送器和低速序列接收器)
  • DT,Device Transceiver 用於向cable上傳送高速資料、接收低速資料,這2個動作對於DT來說是同時的
  • Cd 指Device端的電容,用於濾除直流訊號,完成AC耦合;
  • Zp 指電感濾波器,放在電源和資料中間,起到濾波的作用,其阻抗應當遠大於線纜對應的75歐姆特徵阻抗,建議取值11.5 µH (± 30 %)
  • HT HOST Transceiver 用於接收cable上高速資料、傳送低速資料
  • ΦH (包含高速序列接收器和低速序列傳送器)
  • Tp1,Tp2,Tp3,Tp4指電訊號測試點,用於方便說明這些位置的電訊號要求;

 

上圖中的訊號傳輸,可以對照下圖理解,下圖中的高速訊號對應上圖中的"High Speed downconnection" , 低速資料對應“Low speed upconnection”

 ,

 那麼DT,HT電路具體如下實現呢? 我們調研了一下產業界的做法,目前只有Mecrochip有對應的積體電路晶片,對於CXP1.1,使用的是EQCO62X20系列,CXP2.1使用的是EQCO125X40系列,下圖給出一個CXP1.1對應的實現框圖

 

 

 

高速訊號電氣要求

High Speed Connection Cable Driver 

下圖是高速訊號傳送端在Tp2測點位置對應的電氣眼圖,CXP協議定義了該位置在傳送測試資料時對應的電氣標稱值及其範圍,比如訊號幅度、上升下降時間、抖動

 

下表給出了對應上圖中的電氣規格,高速訊號在75歐姆阻抗時對應的訊號幅度標稱600mV,這個電壓是通過DT電路直接將差分訊號的P給到同軸線纜,N給到地得到的。

 

 

High Speed Connection Cable Receiver

接收端需要放置一個HT ,即equalization電路,用來補償線纜在不同速率下的衰減,補償可以根據下表中的標稱參考來做。

 

低速訊號電氣要求

低速訊號的基線漂移

由於HOST端的Zp引入的高通濾波,這會導致在低速訊號(規定的20.83Mbps和41.6Mbps速率)傳送時造成基線offset的偏移,即訊號的高低電平會有漂移,這裡雖然增大Zp值可以消除這個問題,但是出於尺寸的考慮,建議選用 11.5 µH (± 30 %)

 

 Low Speed Connection Cable Driver

下圖是低速資料傳輸時,對應Tp3測點位置的測試資料電氣眼圖

 

上述眼圖對應的電氣規格如下,固定了幅度、上升時間下降時間、抖動,其中幅度的典型值在130mV,這和高速訊號的幅度不一樣,主要是為了避免相互干擾,便於區分

 

 Low Speed Connection Cable Receiver

這部分需要注意,低速訊號需要穩定至少10ms,當高速訊號要被使能或者修改bit速率時

 

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