应用于光电传感器的高速数据传输电路

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随着红外焦平面阵列尺寸的不断扩大,以及对图像数据能实时显示的要求,军事通讯领域对传输接口技术的要求也越来越高,高速数据传输技术已经成为了微电子技术研究的焦点领域之一。普通的并行接口电路由于自身电路结构的限制,已经无法满足微处理器、光传输连接技术、路由器以及互联网技术等对带宽的要求。除此以外,由于数据传输的速度越来越高,低功耗也逐渐成为关注的焦点。考虑到干扰、功耗、速度、成本等因素,一种新的传输接口技术应运而生:LVDS(低压差分信号传输)技术。它采用了串行差分的传输方式,有效降低了环境噪声和电磁干扰,还具有高速、功耗小、干扰小、成本低等优点。  本文首先阐述了LVDS的国内外研究现状,并简要介绍了一些国内的研究成果,详细讨论了LVDS的工作原理以及与其他接口技术相比所具有的一些突出的优点,重点介绍了数据传输的一些理论基础,为后续研究奠定了根基。  本文在对LVDS相关的理论进行研究之后,根据XXX研究所红外探测器整机系统中高速数据传输系统的设计要求,针对适用于红外焦平面阵列的LVDS数据传输芯片,设计了一款数据传输率高达1Gbps的LVDS数据传输电路,不仅包括LVDS驱动及接收电路,还包括了阵列型的并转串电路。此电路是红外读出电路芯片的一部分,其电源电压:3.3V;传输数据:14bit;传输速度:1Gbit/s;传输方式:LVDS差分传输、串行输出;LVDS驱动负载电容:20pF; LVDS功耗≤35mW;14∶1并串转换部分功耗≤15mW。在驱动电路的设计中,我们考虑了一种无电阻结构的反馈电路,经过仿真分析,该结构可以完美地解决电阻分压结构引起的各种问题,并且能保持输出共模电压的稳定;接收电路有效地解决了传输过程中共模电平偏移的问题,且灵敏度很高,能正确读出100mV的差分信号。仿真结果表明,接收电路传输速率最高可达1.25Gb/s,动态功耗仅3.42mW。通过全方位的模拟仿真可知:接收电路性能稳定,且完全满足设计目标;并串转换中,提出了一种组合型的SERDES方案,对于存在大量并行数据的焦平面阵列的并行数据串行化,是一次很好地尝试。本设计所用来做仿真设计的是8×8的焦平面阵列,而实际用到的尺寸远大于此。前两级的多相时钟结构实际上完成的就是一个分频的行选和列选,可以根据焦平面的尺寸对多相时钟进行修改。因此本设计的思想可以扩展到各个尺寸的焦平面阵列。
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