【摘 要】
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随着我国航空航天技术的飞速发展,空间红外焦阵探测的研究受到了越来越多研究者的重视,用于传输高清红外热辐射图像的空间红外焦阵探测系统为了能够更精准快速的探测、捕获和跟踪目标,对红外图像的传输速率、可靠性和高清显示都提出了极高的要求。当前许多图像收发接口由于其传输速度慢、传输效率低、线路复杂以及抗辐照能力较差等缺点,使得其已无法满足空间红外焦阵探测的高清显示需求。因此本文就是聚焦以上工程问题,设计开发
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随着我国航空航天技术的飞速发展,空间红外焦阵探测的研究受到了越来越多研究者的重视,用于传输高清红外热辐射图像的空间红外焦阵探测系统为了能够更精准快速的探测、捕获和跟踪目标,对红外图像的传输速率、可靠性和高清显示都提出了极高的要求。当前许多图像收发接口由于其传输速度慢、传输效率低、线路复杂以及抗辐照能力较差等缺点,使得其已无法满足空间红外焦阵探测的高清显示需求。因此本文就是聚焦以上工程问题,设计开发了一款抗单粒子辐照的高速高清显示收发接口,以满足空间红外探测的应用需求。本文为了近似评估单粒子辐照对收发接口造成的影响,建立了单粒子辐照等效模型,将粒子辐照干扰等效于信道噪声干扰。首先,针对传统接口无法抗粒子辐照的问题,提出了在物理编码子层（PCS）引入RS纠错码的方案,有效地提高了编码增益。其次,针对现有级联架构存在传输效率较低,以及无法同时满足时钟数据恢复（CDR）和高编码增益的问题,提出了一种循环级联式架构,用来对校验码再次8B/10B编码,使之既能保证接口功能的正常,又能有效地进一步提高编码增益。然后,针对传统接口速率较慢及高速并串域的时序紧张和驱动能力限制等问题,设计了并行8B/10B编码及混合分级的高速并串域方案,有效地提高了收发速率和驱动能力。最后,在硬件电路实现过程中引入了多时钟域、流水线及门控时钟等机制,使速率和功耗得到更好的优化。本文采用Verilog HDL进行接口设计,并基于FPGA完成了收发接口的抗粒子验证,然后在SMIC 0.188)CMOS工艺下进行设计综合、形式验证和布局布线,最终得到物理版图并完成了后仿真验证。整体验证结果表明,收发接口的误码率低至10-10、单粒子辐照等效验证下的抗单粒子量约为10~7/cm~2,编码增益提升约+5 d B、传输效率高达93.72%,单路传输速率达到1 Gbps以及系统功耗低至63 m W、版图尺寸约为0.81mm~2。因此本设计可满足地球中低轨道的高速高清空间红外探测需求,达到了预期设计目标。
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