一种ECL基带交换设备的制作方法

本发明涉及卫星地面站测控，具体涉及一种ecl基带交换设备。

背景技术：

1、在卫星通信、测控数传一体化系统中，ecl基带交换矩阵承担多路基带信号路由调度、通道切换、信号分发核心功能，可完成多终端基带数据流灵活调度，大幅提升基带处理平台集成度、信号调度实时性与系统扩展灵活性。ecl基带信号为高速信号，交换过程对信号完整性要求严格。

2、目前，业内ecl基带交换矩阵主要采用fpga搭配电平转换芯片完成交换：采用ecl电平转换芯片将ecl信号转换为单端ttl信号，ttl信号送入fpga完成交换功能，fpga输出ttl信号再通过ecl电平转换芯片转换为ecl信号输出。该方案配置灵活、通道扩展能力强。

3、然而，上述方案中信号需要多级电平转换并进入数字域处理，信号延迟高、容易出现抖动，通道隔离度差；fpga内部数字交换还会带来通道时延不一致、通道间串扰等问题，对高速ecl基带信号质量造成恶化，难以满足对信号完整性要求严格的应用场景，也难以满足航天地面站高速基带互联的使用需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：现有基于fpga交换架构的ecl基带交换矩阵中，信号需要多级电平转换并进入数字域完成交换，易引入额外抖动与相位偏移，且存在通道时延不一致、通道间串扰等问题，信号完整性难以保证，难以满足航天地面站高速基带互联对信号质量的严苛要求。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，提供一种ecl基带交换设备，包括输入ecl电平转换单元、ecl全交叉点芯片、输出ecl电平转换单元和mcu控制单元；所述输入ecl电平转换单元包括多路输入通道，每一路输入通道配置一片ecl电平转换芯片，外部输入的ecl基带信号接入对应ecl电平转换芯片的输入端，每一路ecl电平转换芯片将外部输入的ecl基带信号转换为+pecl、-pecl差分信号输出，多路输入通道输出的pecl差分信号并行接入所述ecl全交叉点芯片的信号输入端口；所述ecl全交叉点芯片为全交叉开关芯片，内部信号通路为直通架构，信号全程保持pecl差分模拟信号，不对信号进行采样和数字化处理，内部实现多路输入与多路输出之间的全交叉矩阵，根据配置指令将任意一路输入的pecl差分信号路由至一路或者多路输出端口，非配置指令选择进行pecl差分信号路由的通道保持高隔离状态；所述输出ecl电平转换单元包括多路输出通道，每一路输出通道配置一片ecl电平转换芯片，每一路输出通道的ecl电平转换芯片接入所述ecl全交叉点芯片对应输出端口输出的pecl差分信号，并转换为对应的单端ecl信号对外输出；所述mcu控制单元通过本地配置接口与所述ecl全交叉点芯片的配置端口相连，所述mcu控制单元接收控制命令，解析后生成寄存器配置字，经本地配置接口下发至所述ecl全交叉点芯片，完成通道路由切换配置。

4、具体地，所述ecl全交叉点芯片集成有接收均衡电路、发送预加重电路和50ω终端匹配电路。

5、具体地，所述ecl全交叉点芯片的信号带宽为dc至4.25gbps，通道间隔离度为35db。

6、具体地，所述输入ecl电平转换单元与所述ecl全交叉点芯片之间、所述ecl全交叉点芯片与所述输出ecl电平转换单元之间的信号传输链路布设于高速差分pcb上，所述高速差分pcb进行差分阻抗控制，并配设多级电源滤波电路以抑制电源噪声。

7、具体地，所述mcu控制单元还具备rj45以太网接口，所述mcu控制单元通过所述rj45以太网接口远程接收控制命令，与通过本地配置接口共同构成远程配置与本地配置两种控制途径。

8、具体地，所述mcu控制单元解析所述控制命令得到通道路由配置信息，根据所述通道路由配置信息生成所述寄存器配置字，所述寄存器配置字表征输入端口与输出端口之间的路由对应关系，一路输入端口对应一路或者多路输出端口。

9、具体地，所述ecl全交叉点芯片在通道路由切换配置完成前后，信号通路均保持所述直通架构，切换前后信号均以pecl差分模拟信号形式传输，不进入数字域。

10、具体地，各信号通道的通道时延一致性不超过±15ps，单通道时延抖动不超过22ps。

11、具体地，所述ecl基带交换设备对外提供标准ecl差分接口，外部接口完全兼容ecl电平，所述ecl全交叉点芯片内部使用pecl电平完成信号交换，通过所述输入ecl电平转换单元和所述输出ecl电平转换单元完成外部ecl电平与内部pecl电平之间的电平匹配。

12、具体地，所述输入通道的数量和所述输出通道的数量可以为16路，所述ecl全交叉点芯片可以为adn4604芯片。

13、本发明的有益效果是：

14、1、优异的信号完整性，信号质量恶化小。信号通路为直通架构，信号不经数字域采样、重建处理，仅经过一次ecl转pecl、一次pecl转回ecl的电平变换，消除了数字逻辑引入的额外抖动和数字噪声，有效降低相位偏移；同时全交叉点芯片本身具备高通道隔离度，抑制通道之间串扰，各通道时延一致性好，保障高速ecl基带信号传输质量，满足卫星地面站对信号质量的严苛要求。由于信号全程未进入数字域，本方案避免了fpga内部数字路由调度产生的流水线延迟累积和同步开关噪声，使通道间时延一致性由传统fpga方案的±80ps提升至±15ps以内，单通道时延抖动由≤50ps降至≤22ps。

15、2、实现大规模全交叉路由，接口兼容性强。通过输入、输出电平转换完成外部ecl和芯片内部pecl电平的适配，对外为标准ecl差分接口，可直接对接外部ecl基带设备；能够实现任意输入通道至任意输出通道的全交叉切换，支持一路输入至多路输出，满足多路基带信号灵活调度需求。

16、3、降低软硬件开发及调试难度，工程可实现性高。核心交换逻辑由全交叉点芯片硬件完成，无需开发复杂的fpga数字交换ip，大幅减少逻辑开发、仿真调试工作量，缩短开发周期，后期故障排查与维护更加便捷。

17、4、整机工作稳定性提升。链路减少数字域处理环节，规避数字逻辑带来的时序异常风险，配合高速差分pcb阻抗控制、多级电源滤波设计，抑制电源噪声干扰，提升设备在航天地面站复杂电磁环境下工作的稳定性。

1.一种ecl基带交换设备，其特征在于，包括输入ecl电平转换单元（1）、ecl全交叉点芯片（2）、输出ecl电平转换单元（3）和mcu控制单元（4）；

2.根据权利要求1所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述ecl全交叉点芯片（2）集成有接收均衡电路、发送预加重电路和50ω终端匹配电路。

3.根据权利要求2所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述ecl全交叉点芯片（2）的信号带宽为dc至4.25gbps，通道间隔离度为35db。

4.根据权利要求1所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述输入ecl电平转换单元（1）与所述ecl全交叉点芯片（2）之间、所述ecl全交叉点芯片（2）与所述输出ecl电平转换单元（3）之间的信号传输链路布设于高速差分pcb上，所述高速差分pcb进行差分阻抗控制，并配设多级电源滤波电路以抑制电源噪声。

5.根据权利要求1所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述mcu控制单元（4）还具备rj45以太网接口，所述mcu控制单元（4）通过所述rj45以太网接口远程接收控制命令，与通过本地配置接口共同构成远程配置与本地配置两种控制途径。

6.根据权利要求5所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述mcu控制单元（4）解析所述控制命令得到通道路由配置信息，根据所述通道路由配置信息生成所述寄存器配置字，所述寄存器配置字表征输入端口与输出端口之间的路由对应关系，一路输入端口对应一路或者多路输出端口。

7.根据权利要求1所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述ecl全交叉点芯片（2）在通道路由切换配置完成前后，信号通路均保持所述直通架构，切换前后信号均以pecl差分模拟信号形式传输，不进入数字域。

8.根据权利要求1所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，各信号通道的通道时延一致性不超过±15ps，单通道时延抖动不超过22ps。

9.根据权利要求1所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述ecl基带交换设备上还包括对外标准ecl差分接口，外部接口完全兼容ecl电平，所述ecl全交叉点芯片（2）内部使用pecl电平完成信号交换，通过所述输入ecl电平转换单元（1）和所述输出ecl电平转换单元（3）完成外部ecl电平与内部pecl电平之间的电平匹配。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的一种ecl基带交换设备，其特征在于，所述输入ecl电平转换单元（1）的输入通道的数量和所述输出ecl电平转换单元（3）的输出通道的数量均为16路。