总体设计 - 基于PXIE总线的高速CCD数字图像采集系统设计

　　系统总体结构图，如图2所示。

　　图2中，DS90CR288A为NI公司高性能串并转换器，将Camera Link接口协议的4路LVDS信号和1路LVDS时钟转换为28位LVCMOS/LVTTL数据和一路时钟信号，DS90LV047A为NI公司的3 VLVDS 4路单端转差分驱动器。DS90LV049为NI公司的3V LVDS双向线路驱动器和双向线路接收器。

　　系统工作流程为：

　　首先，采集卡通过DS90LV047A对CCD相机发出的控制指令。CCD相机在接到指令后，将采集到的图像数据分为4路LVDS数据信号和1路LVDS时钟信号，通过接口连接器MDR26，输送到图像采集卡;图像采集卡将串行数据转换成38路并行信号和1路随路时钟传送给FPGA进行数据处理。由于数据量很大，为保证数据低误码率及提高可靠性，使用了2块Micron 2 GB DDR2对数据进行缓存和乒乓处理。FPGA根据用户的需求进行高速的图像处理。采集卡通过PXIE-8x将图像数据上传至PC(上位机)上进行后期处理，同时实现PC(上位机)对图像采集卡的控制。图像数据最终通过PC将数据存储在SSD(Solid-state Drive)电子盘上，以供随时调用。在读/写速度等关键性能上，SSD电子盘远远优于传统机械硬盘，因此选用SSD电子盘为数据存储介质。采集卡还采用DS90LV049(LVDS双线路驱动器，带有双线路接收器)来实现采集卡与相机间的串行通信，用户可以根据需要对CCD相机进行配置。

　　2 关键模块设计

　　2.1 Camera Link接口设计

　　根据系统功能要求，Camera Link接口设计包括3个部分，即为视频数据信号接口设计，控制信号接口设计，串行通信命令接口设计。

　　2.1.1 视频数据信号的接口设计

　　视频数据信号为FVAI，LVAL，DVAL和SP，它们分别是帧允许信号、行允许信号、数据允许信号和保留信号，4路均为LVDS数据信号，外加1对LVDS时钟信号，在此采用了National Semiconductor公司的DS90CR288A芯片，将5路LVDS信号转换为28路数据信号。具体连接图如图3所示。

　　2.1.2 控制信号接口设计

　　相机控制信号CC1，CC2，CC3，CC4为4路LVDS信号，为节省布线空间，FPGA发出的控制信号均为单端信号，因此采用National Semicon-ductor公司的DS90LV047A芯片将采集卡发出的单端COMS控制信号转化为LVDS信号，完成对CCD相机的控制。图4为DS90LV047A与MDR26的连接。

　　2.1.3 串行通信信号接口设计

　　串行通信信号由两对LVDS信号提供，这些信号使相机与其使用者之间可以进行通信。因为是双向通信，在此采用了National Semicon-ductor公司的DS90LV049芯片实现了LVDS差分信号到单端CMOS信号的双向转换。图5为DS90LV049与MDR26的连接示图。图中EN为1时，EN可以不接，4条通路可以全通。