CoaXPress 是如何只用一条线缆实现双向传输和供电的
这是个很有意思的事情,CoaXPress的全双工双向数据传输、且供电只需要一条同轴线缆,这个原理对其它串行接口的设计是非常有参考价值的,尤其是对线缆长度、数量有严格要求的场合,一条同轴线缆走天下,不要太美好!
整体方案
对图中出现的术语做一下解释:
- Device 指camera
- HOST 指图像采集设备
- PRU 指power recieve unit,只在需要power on cable功能的时候才需要
- PTU指power transfer unit,只在需要power on cable功能的时候才需要,对应是将12V电源升压到24V再到同轴线缆,会有人问为什么用24V而不是直接12V,这是因为要满足13W的功耗,12V对应的电流太大,传输线的消耗会更大,那为什么不更高呢?更高会显著增加电路成本,24V是一个折中的较好的选择
- ΦD (包含高速串行发送器和低速串行接收器)
- DT,Device Transceiver 用于向cable上发送高速数据、接收低速数据,这2个动作对于DT来说是同时的
- Cd 指Device端的电容,用于滤除直流信号,完成AC耦合;
- Zp 指电感滤波器,放在电源和数据中间,起到滤波的作用,其阻抗应当远大于线缆对应的75欧姆特征阻抗,建议取值11.5 µH (± 30 %)
- HT HOST Transceiver 用于接收cable上高速数据、发送低速数据
- ΦH (包含高速串行接收器和低速串行发送器)
- Tp1,Tp2,Tp3,Tp4指电信号测试点,用于方便说明这些位置的电信号要求;
上图中的信号传输,可以对照下图理解,下图中的高速信号对应上图中的"High Speed downconnection" , 低速数据对应“Low speed upconnection”
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那么DT,HT电路具体如下实现呢? 我们调研了一下产业界的做法,目前只有Mecrochip有对应的集成电路芯片,对于CXP1.1,使用的是EQCO62X20系列,CXP2.1使用的是EQCO125X40系列,下图给出一个CXP1.1对应的实现框图
高速信号电气要求
High Speed Connection Cable Driver
下图是高速信号发送端在Tp2测点位置对应的电气眼图,CXP协议定义了该位置在发送测试数据时对应的电气标称值及其范围,比如信号幅度、上升下降时间、抖动
下表给出了对应上图中的电气规格,高速信号在75欧姆阻抗时对应的信号幅度标称600mV,这个电压是通过DT电路直接将差分信号的P给到同轴线缆,N给到地得到的。
High Speed Connection Cable Receiver
接收端需要放置一个HT ,即equalization电路,用来补偿线缆在不同速率下的衰减,补偿可以根据下表中的标称参考来做。
低速信号电气要求
低速信号的基线漂移
由于HOST端的Zp引入的高通滤波,这会导致在低速信号(规定的20.83Mbps和41.6Mbps速率)发送时造成基线offset的偏移,即信号的高低电平会有漂移,这里虽然增大Zp值可以消除这个问题,但是出于尺寸的考虑,建议选用 11.5 µH (± 30 %)
Low Speed Connection Cable Driver
下图是低速数据传输时,对应Tp3测点位置的测试数据电气眼图
上述眼图对应的电气规格如下,固定了幅度、上升时间下降时间、抖动,其中幅度的典型值在130mV,这和高速信号的幅度不一样,主要是为了避免相互干扰,便于区分
Low Speed Connection Cable Receiver
这部分需要注意,低速信号需要稳定至少10ms,当高速信号要被使能或者修改bit速率时