機(jī)載電子設(shè)備間高速數(shù)據(jù)傳輸研究

邱偉

摘 要： 隨著航空電子系統(tǒng)架構(gòu)向綜合化、模塊化發(fā)展，對(duì)機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也越來(lái)越高。這里介紹了LVDS（低電壓差分信號(hào)）的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)，提出采用LVDS技術(shù)解決機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題的方案，測(cè)試結(jié)果顯示傳輸距離超過(guò)5 m，表明這種方案是可行的。

關(guān)鍵詞： 機(jī)載電子設(shè)備； 眼圖； 四同軸技術(shù)； LVDS

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）12?0030?02

Abstract： With the development of integrated modular avionics， the high?speed data transmission among avionic devices in the cabin is required. The working principle and technique characteristics of LVDS （low voltage differential signaling） are introduced. A scheme to adopt LVDS technique to achieve high?speed data transmission among devices in the cabin is proposed. Test result shows that the scheme′s transmission distance is more than 5 m， which indicates that the scheme is feasible.

Keywords： avionic device； eye diagram； Quadrax technique； LVDS

0 引 言

在機(jī)載環(huán)境下，由于機(jī)艙內(nèi)空間的限制或出于電磁兼容設(shè)計(jì)的考慮，許多電子設(shè)備都采用分體式設(shè)計(jì)，如某些任務(wù)電子系統(tǒng)把射頻前端電路和后端信號(hào)處理電路分別置于不同的機(jī)箱中，機(jī)載計(jì)算機(jī)將顯示器和控制面板安裝在儀表艙，而主機(jī)安裝在中后艙等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，接收端模擬信號(hào)的數(shù)字化點(diǎn)不斷前移，采樣率越來(lái)越高；另外，機(jī)載電子設(shè)備綜合化、集成化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯[1?2]。所有這些因素都導(dǎo)致需要傳輸數(shù)字信號(hào)速率越來(lái)越高，達(dá)到幾百M(fèi)b/s，甚至超過(guò)1 Gb/s。傳統(tǒng)的機(jī)載總線技術(shù)如1553B已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足如此高速數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)囊螅惹行枰冗M(jìn)的技術(shù)解決方案。因此，利用銅介質(zhì)材料和電信號(hào)傳輸高速數(shù)據(jù)的可行性研究就具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 LVDS技術(shù)

LVDS（Low Voltage Differential Signaling）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最早由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（National Semiconductor）于1994年提出，2001年被批準(zhǔn)為ANSI/TIA/EIA?644?A標(biāo)準(zhǔn)，其是一種低擺幅的差分電壓串行傳輸信號(hào)技術(shù)[3]。

如圖1所示，它的發(fā)送端依靠3.5 mA電流源驅(qū)動(dòng)一對(duì)差分線（可以是印制電路板走線或電纜）完成一路數(shù)據(jù)傳輸，接收端必須在兩根線間跨接一個(gè)100 Ω的端接電阻，接收器的直流輸入阻抗極高，它根據(jù)端接電阻上電流的流向（即端接電阻兩端的電壓差）來(lái)判斷邏輯電平為“0”或“1”。由于在任一時(shí)刻這兩根靠近的線上的電流大小相等，方向相反，故它們產(chǎn)生的絕大部分電磁輻射能量互相抵消，這使得LVDS信號(hào)能夠以極低的輻射水平傳輸極高速率的數(shù)字信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理論極限速率為1.9 Gb/s）。又因?yàn)樗慕邮掌魇歉鶕?jù)端接電阻兩端的電壓差來(lái)判斷邏輯電平，而外界的電磁干擾對(duì)這兩根線的影響幾乎一致，故LVDS信號(hào)有極強(qiáng)的抗干擾能力[4?5]。

LVDS技術(shù)的特點(diǎn)可歸結(jié)為：低電壓，低輻射，低功耗，適用于有一定距離的設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸；抗干擾能力強(qiáng)，能用于惡劣環(huán)境下。由于LVDS技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，它已被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)合，是一種較成熟的技術(shù)[6]。

2 四同軸技術(shù)

四同軸（Quadrax）技術(shù)主要用于航空連接器領(lǐng)域，典型的應(yīng)用案例有美國(guó)的F?35戰(zhàn)斗機(jī)和歐洲空中客車(chē)公司的A?380民航客機(jī)。F?35使用四同軸接觸件配合MIL?C?38999?Ⅲ系列圓形連接器為全權(quán)數(shù)字引擎控制（Full Authority Digital Engine Control，F(xiàn)ADEC）系統(tǒng)傳輸信號(hào)，信號(hào)類(lèi)型和傳輸速率不詳[7]；A?380使用四同軸接觸件在100 m的距離范圍內(nèi)傳輸百兆以太網(wǎng)信號(hào)，所使用的電纜為四同軸電纜，如圖2所示。

目前四同軸接觸件及支持它的38999連接器的主要生產(chǎn)商有美國(guó)的安費(fèi)諾（Amphenol）和法國(guó)的蘇里奧（Souriau）。雖然四同軸技術(shù)并不是為傳輸LVDS信號(hào)而開(kāi)發(fā)，但由于其接插件和電纜都是平衡對(duì)稱(chēng)的，更重要的是其差分特性阻抗正好為100 Ω，符合LVDS信號(hào)傳輸?shù)囊螅蕬?yīng)用四同軸技術(shù)傳輸LVDS高速信號(hào)在理論上是可行的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證理論上的分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)板來(lái)測(cè)試?yán)盟耐S接觸件和四同軸電纜傳輸LVDS信號(hào)的性能。如圖3所示，利用串行誤碼率測(cè)試儀、實(shí)驗(yàn)板、四同軸PCB板接觸件和四同軸電纜構(gòu)成數(shù)據(jù)環(huán)路，通過(guò)對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)誤碼率的測(cè)試和示波器的眼圖測(cè)試可以分析LVDS信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

圖4為采用1 m長(zhǎng)的四同軸電纜、傳輸信號(hào)速率為740 Mb/s時(shí)測(cè)得的眼圖，從圖中可以看出，信號(hào)質(zhì)量很好，眼高和眼寬都很理想。

此外，還進(jìn)行了在不同傳輸長(zhǎng)度的情況下極限傳輸速率的測(cè)試（極限傳輸速率定義為連續(xù)傳輸1×1012個(gè)比特?zé)o誤碼的最高速率），測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。表中提到的預(yù)加重是一種為了補(bǔ)償在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中高頻分量衰減而在發(fā)送端人為增加信號(hào)高頻分量的技術(shù)，可以明顯提高傳輸性能。

表1 極限傳輸速率測(cè)試結(jié)果 Gb/s

從表1中可以看出，利用四同軸技術(shù)傳輸LVDS信號(hào)的性能非常理想，即使在電纜長(zhǎng)度達(dá)到5 m，無(wú)任何改善信號(hào)質(zhì)量措施的情況下仍然能輕松傳輸超過(guò)1 Gb/s的信號(hào)。另外，采用預(yù)加重技術(shù)可以在數(shù)據(jù)傳輸速率不變的情況下，大大增加傳輸?shù)木嚯x。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用四同軸技術(shù)傳輸高速LVDS信號(hào)是可行的，此項(xiàng)技術(shù)有較大的潛力應(yīng)用于軍用機(jī)載電子設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。值得注意的是此項(xiàng)技術(shù)若要應(yīng)用于工程中仍有一些因素需考慮，如四同軸電纜傳輸LVDS信號(hào)時(shí)抗電磁干擾的能力能否滿足要求等，還需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭莎莎，胡旻.綜合模塊化航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展及挑戰(zhàn)[J].航空電子技術(shù)，2013，44（2）：15?20.

[2] 張鳳鳴，褚文奎，樊曉光，等.綜合模塊化航空電子體系結(jié)構(gòu)研究[J].電光與控制，2009，16（9）：47?51.

[3] 蔣冬初，李玉山.LVDS在高速數(shù)字系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（7）：147?150.

[4] 柴海峰，朱衛(wèi)良，章慧彬，等.LVDS（低壓差分信號(hào)）測(cè)試技術(shù)研究[J].電子與封裝，2011（11）：14?17.

[5] 鐘賢林.LVDS的電磁兼容性分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（11）：127?130.

[6] 崔紅利.幾種視頻芯片在機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].世界電子元器件，2004（3）：50?52.

[7] LUCA Vince. F?35 JSF [R]. USA： Amphenol Aerospace， 2004.

摘 要： 隨著航空電子系統(tǒng)架構(gòu)向綜合化、模塊化發(fā)展，對(duì)機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也越來(lái)越高。這里介紹了LVDS（低電壓差分信號(hào)）的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)，提出采用LVDS技術(shù)解決機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題的方案，測(cè)試結(jié)果顯示傳輸距離超過(guò)5 m，表明這種方案是可行的。

關(guān)鍵詞： 機(jī)載電子設(shè)備； 眼圖； 四同軸技術(shù)； LVDS

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）12?0030?02

Abstract： With the development of integrated modular avionics， the high?speed data transmission among avionic devices in the cabin is required. The working principle and technique characteristics of LVDS （low voltage differential signaling） are introduced. A scheme to adopt LVDS technique to achieve high?speed data transmission among devices in the cabin is proposed. Test result shows that the scheme′s transmission distance is more than 5 m， which indicates that the scheme is feasible.

Keywords： avionic device； eye diagram； Quadrax technique； LVDS

0 引 言

在機(jī)載環(huán)境下，由于機(jī)艙內(nèi)空間的限制或出于電磁兼容設(shè)計(jì)的考慮，許多電子設(shè)備都采用分體式設(shè)計(jì)，如某些任務(wù)電子系統(tǒng)把射頻前端電路和后端信號(hào)處理電路分別置于不同的機(jī)箱中，機(jī)載計(jì)算機(jī)將顯示器和控制面板安裝在儀表艙，而主機(jī)安裝在中后艙等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，接收端模擬信號(hào)的數(shù)字化點(diǎn)不斷前移，采樣率越來(lái)越高；另外，機(jī)載電子設(shè)備綜合化、集成化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯[1?2]。所有這些因素都導(dǎo)致需要傳輸數(shù)字信號(hào)速率越來(lái)越高，達(dá)到幾百M(fèi)b/s，甚至超過(guò)1 Gb/s。傳統(tǒng)的機(jī)載總線技術(shù)如1553B已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足如此高速數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)囊螅惹行枰冗M(jìn)的技術(shù)解決方案。因此，利用銅介質(zhì)材料和電信號(hào)傳輸高速數(shù)據(jù)的可行性研究就具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 LVDS技術(shù)

LVDS（Low Voltage Differential Signaling）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最早由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（National Semiconductor）于1994年提出，2001年被批準(zhǔn)為ANSI/TIA/EIA?644?A標(biāo)準(zhǔn)，其是一種低擺幅的差分電壓串行傳輸信號(hào)技術(shù)[3]。

如圖1所示，它的發(fā)送端依靠3.5 mA電流源驅(qū)動(dòng)一對(duì)差分線（可以是印制電路板走線或電纜）完成一路數(shù)據(jù)傳輸，接收端必須在兩根線間跨接一個(gè)100 Ω的端接電阻，接收器的直流輸入阻抗極高，它根據(jù)端接電阻上電流的流向（即端接電阻兩端的電壓差）來(lái)判斷邏輯電平為“0”或“1”。由于在任一時(shí)刻這兩根靠近的線上的電流大小相等，方向相反，故它們產(chǎn)生的絕大部分電磁輻射能量互相抵消，這使得LVDS信號(hào)能夠以極低的輻射水平傳輸極高速率的數(shù)字信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理論極限速率為1.9 Gb/s）。又因?yàn)樗慕邮掌魇歉鶕?jù)端接電阻兩端的電壓差來(lái)判斷邏輯電平，而外界的電磁干擾對(duì)這兩根線的影響幾乎一致，故LVDS信號(hào)有極強(qiáng)的抗干擾能力[4?5]。

LVDS技術(shù)的特點(diǎn)可歸結(jié)為：低電壓，低輻射，低功耗，適用于有一定距離的設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸；抗干擾能力強(qiáng)，能用于惡劣環(huán)境下。由于LVDS技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，它已被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)合，是一種較成熟的技術(shù)[6]。

2 四同軸技術(shù)

四同軸（Quadrax）技術(shù)主要用于航空連接器領(lǐng)域，典型的應(yīng)用案例有美國(guó)的F?35戰(zhàn)斗機(jī)和歐洲空中客車(chē)公司的A?380民航客機(jī)。F?35使用四同軸接觸件配合MIL?C?38999?Ⅲ系列圓形連接器為全權(quán)數(shù)字引擎控制（Full Authority Digital Engine Control，F(xiàn)ADEC）系統(tǒng)傳輸信號(hào)，信號(hào)類(lèi)型和傳輸速率不詳[7]；A?380使用四同軸接觸件在100 m的距離范圍內(nèi)傳輸百兆以太網(wǎng)信號(hào)，所使用的電纜為四同軸電纜，如圖2所示。

目前四同軸接觸件及支持它的38999連接器的主要生產(chǎn)商有美國(guó)的安費(fèi)諾（Amphenol）和法國(guó)的蘇里奧（Souriau）。雖然四同軸技術(shù)并不是為傳輸LVDS信號(hào)而開(kāi)發(fā)，但由于其接插件和電纜都是平衡對(duì)稱(chēng)的，更重要的是其差分特性阻抗正好為100 Ω，符合LVDS信號(hào)傳輸?shù)囊螅蕬?yīng)用四同軸技術(shù)傳輸LVDS高速信號(hào)在理論上是可行的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證理論上的分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)板來(lái)測(cè)試?yán)盟耐S接觸件和四同軸電纜傳輸LVDS信號(hào)的性能。如圖3所示，利用串行誤碼率測(cè)試儀、實(shí)驗(yàn)板、四同軸PCB板接觸件和四同軸電纜構(gòu)成數(shù)據(jù)環(huán)路，通過(guò)對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)誤碼率的測(cè)試和示波器的眼圖測(cè)試可以分析LVDS信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

圖4為采用1 m長(zhǎng)的四同軸電纜、傳輸信號(hào)速率為740 Mb/s時(shí)測(cè)得的眼圖，從圖中可以看出，信號(hào)質(zhì)量很好，眼高和眼寬都很理想。

此外，還進(jìn)行了在不同傳輸長(zhǎng)度的情況下極限傳輸速率的測(cè)試（極限傳輸速率定義為連續(xù)傳輸1×1012個(gè)比特?zé)o誤碼的最高速率），測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。表中提到的預(yù)加重是一種為了補(bǔ)償在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中高頻分量衰減而在發(fā)送端人為增加信號(hào)高頻分量的技術(shù)，可以明顯提高傳輸性能。

表1 極限傳輸速率測(cè)試結(jié)果 Gb/s

從表1中可以看出，利用四同軸技術(shù)傳輸LVDS信號(hào)的性能非常理想，即使在電纜長(zhǎng)度達(dá)到5 m，無(wú)任何改善信號(hào)質(zhì)量措施的情況下仍然能輕松傳輸超過(guò)1 Gb/s的信號(hào)。另外，采用預(yù)加重技術(shù)可以在數(shù)據(jù)傳輸速率不變的情況下，大大增加傳輸?shù)木嚯x。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用四同軸技術(shù)傳輸高速LVDS信號(hào)是可行的，此項(xiàng)技術(shù)有較大的潛力應(yīng)用于軍用機(jī)載電子設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。值得注意的是此項(xiàng)技術(shù)若要應(yīng)用于工程中仍有一些因素需考慮，如四同軸電纜傳輸LVDS信號(hào)時(shí)抗電磁干擾的能力能否滿足要求等，還需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭莎莎，胡旻.綜合模塊化航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展及挑戰(zhàn)[J].航空電子技術(shù)，2013，44（2）：15?20.

[2] 張鳳鳴，褚文奎，樊曉光，等.綜合模塊化航空電子體系結(jié)構(gòu)研究[J].電光與控制，2009，16（9）：47?51.

[3] 蔣冬初，李玉山.LVDS在高速數(shù)字系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009，32（7）：147?150.

[4] 柴海峰，朱衛(wèi)良，章慧彬，等.LVDS（低壓差分信號(hào)）測(cè)試技術(shù)研究[J].電子與封裝，2011（11）：14?17.

[5] 鐘賢林.LVDS的電磁兼容性分析[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（11）：127?130.

[6] 崔紅利.幾種視頻芯片在機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].世界電子元器件，2004（3）：50?52.

[7] LUCA Vince. F?35 JSF [R]. USA： Amphenol Aerospace， 2004.

摘 要： 隨著航空電子系統(tǒng)架構(gòu)向綜合化、模塊化發(fā)展，對(duì)機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也越來(lái)越高。這里介紹了LVDS（低電壓差分信號(hào)）的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)，提出采用LVDS技術(shù)解決機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題的方案，測(cè)試結(jié)果顯示傳輸距離超過(guò)5 m，表明這種方案是可行的。

關(guān)鍵詞： 機(jī)載電子設(shè)備； 眼圖； 四同軸技術(shù)； LVDS

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）12?0030?02

Abstract： With the development of integrated modular avionics， the high?speed data transmission among avionic devices in the cabin is required. The working principle and technique characteristics of LVDS （low voltage differential signaling） are introduced. A scheme to adopt LVDS technique to achieve high?speed data transmission among devices in the cabin is proposed. Test result shows that the scheme′s transmission distance is more than 5 m， which indicates that the scheme is feasible.

Keywords： avionic device； eye diagram； Quadrax technique； LVDS

0 引 言

在機(jī)載環(huán)境下，由于機(jī)艙內(nèi)空間的限制或出于電磁兼容設(shè)計(jì)的考慮，許多電子設(shè)備都采用分體式設(shè)計(jì)，如某些任務(wù)電子系統(tǒng)把射頻前端電路和后端信號(hào)處理電路分別置于不同的機(jī)箱中，機(jī)載計(jì)算機(jī)將顯示器和控制面板安裝在儀表艙，而主機(jī)安裝在中后艙等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，接收端模擬信號(hào)的數(shù)字化點(diǎn)不斷前移，采樣率越來(lái)越高；另外，機(jī)載電子設(shè)備綜合化、集成化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯[1?2]。所有這些因素都導(dǎo)致需要傳輸數(shù)字信號(hào)速率越來(lái)越高，達(dá)到幾百M(fèi)b/s，甚至超過(guò)1 Gb/s。傳統(tǒng)的機(jī)載總線技術(shù)如1553B已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足如此高速數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)囊螅惹行枰冗M(jìn)的技術(shù)解決方案。因此，利用銅介質(zhì)材料和電信號(hào)傳輸高速數(shù)據(jù)的可行性研究就具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 LVDS技術(shù)

LVDS（Low Voltage Differential Signaling）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最早由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（National Semiconductor）于1994年提出，2001年被批準(zhǔn)為ANSI/TIA/EIA?644?A標(biāo)準(zhǔn)，其是一種低擺幅的差分電壓串行傳輸信號(hào)技術(shù)[3]。

如圖1所示，它的發(fā)送端依靠3.5 mA電流源驅(qū)動(dòng)一對(duì)差分線（可以是印制電路板走線或電纜）完成一路數(shù)據(jù)傳輸，接收端必須在兩根線間跨接一個(gè)100 Ω的端接電阻，接收器的直流輸入阻抗極高，它根據(jù)端接電阻上電流的流向（即端接電阻兩端的電壓差）來(lái)判斷邏輯電平為“0”或“1”。由于在任一時(shí)刻這兩根靠近的線上的電流大小相等，方向相反，故它們產(chǎn)生的絕大部分電磁輻射能量互相抵消，這使得LVDS信號(hào)能夠以極低的輻射水平傳輸極高速率的數(shù)字信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理論極限速率為1.9 Gb/s）。又因?yàn)樗慕邮掌魇歉鶕?jù)端接電阻兩端的電壓差來(lái)判斷邏輯電平，而外界的電磁干擾對(duì)這兩根線的影響幾乎一致，故LVDS信號(hào)有極強(qiáng)的抗干擾能力[4?5]。

LVDS技術(shù)的特點(diǎn)可歸結(jié)為：低電壓，低輻射，低功耗，適用于有一定距離的設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸；抗干擾能力強(qiáng)，能用于惡劣環(huán)境下。由于LVDS技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，它已被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)合，是一種較成熟的技術(shù)[6]。

2 四同軸技術(shù)

四同軸（Quadrax）技術(shù)主要用于航空連接器領(lǐng)域，典型的應(yīng)用案例有美國(guó)的F?35戰(zhàn)斗機(jī)和歐洲空中客車(chē)公司的A?380民航客機(jī)。F?35使用四同軸接觸件配合MIL?C?38999?Ⅲ系列圓形連接器為全權(quán)數(shù)字引擎控制（Full Authority Digital Engine Control，F(xiàn)ADEC）系統(tǒng)傳輸信號(hào)，信號(hào)類(lèi)型和傳輸速率不詳[7]；A?380使用四同軸接觸件在100 m的距離范圍內(nèi)傳輸百兆以太網(wǎng)信號(hào)，所使用的電纜為四同軸電纜，如圖2所示。

目前四同軸接觸件及支持它的38999連接器的主要生產(chǎn)商有美國(guó)的安費(fèi)諾（Amphenol）和法國(guó)的蘇里奧（Souriau）。雖然四同軸技術(shù)并不是為傳輸LVDS信號(hào)而開(kāi)發(fā)，但由于其接插件和電纜都是平衡對(duì)稱(chēng)的，更重要的是其差分特性阻抗正好為100 Ω，符合LVDS信號(hào)傳輸?shù)囊螅蕬?yīng)用四同軸技術(shù)傳輸LVDS高速信號(hào)在理論上是可行的。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證理論上的分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)板來(lái)測(cè)試?yán)盟耐S接觸件和四同軸電纜傳輸LVDS信號(hào)的性能。如圖3所示，利用串行誤碼率測(cè)試儀、實(shí)驗(yàn)板、四同軸PCB板接觸件和四同軸電纜構(gòu)成數(shù)據(jù)環(huán)路，通過(guò)對(duì)收發(fā)數(shù)據(jù)誤碼率的測(cè)試和示波器的眼圖測(cè)試可以分析LVDS信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

圖4為采用1 m長(zhǎng)的四同軸電纜、傳輸信號(hào)速率為740 Mb/s時(shí)測(cè)得的眼圖，從圖中可以看出，信號(hào)質(zhì)量很好，眼高和眼寬都很理想。

此外，還進(jìn)行了在不同傳輸長(zhǎng)度的情況下極限傳輸速率的測(cè)試（極限傳輸速率定義為連續(xù)傳輸1×1012個(gè)比特?zé)o誤碼的最高速率），測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。表中提到的預(yù)加重是一種為了補(bǔ)償在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中高頻分量衰減而在發(fā)送端人為增加信號(hào)高頻分量的技術(shù)，可以明顯提高傳輸性能。

表1 極限傳輸速率測(cè)試結(jié)果 Gb/s

從表1中可以看出，利用四同軸技術(shù)傳輸LVDS信號(hào)的性能非常理想，即使在電纜長(zhǎng)度達(dá)到5 m，無(wú)任何改善信號(hào)質(zhì)量措施的情況下仍然能輕松傳輸超過(guò)1 Gb/s的信號(hào)。另外，采用預(yù)加重技術(shù)可以在數(shù)據(jù)傳輸速率不變的情況下，大大增加傳輸?shù)木嚯x。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用四同軸技術(shù)傳輸高速LVDS信號(hào)是可行的，此項(xiàng)技術(shù)有較大的潛力應(yīng)用于軍用機(jī)載電子設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸。值得注意的是此項(xiàng)技術(shù)若要應(yīng)用于工程中仍有一些因素需考慮，如四同軸電纜傳輸LVDS信號(hào)時(shí)抗電磁干擾的能力能否滿足要求等，還需要進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

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