基于HSDCD的高速数据传输系统的设计与实现

摘要

HSDCD(HighSpeedDataCapacitiveDevice)技术是近年来兴起的高速通信技术。该技术适用于各种非接触数据传输场景，在各种工业及医用CT领域应用广泛。CT（ComputerTomography，计算机断层成像技术）成像技术具有诸多优势，例如多视角性、分辨率高，并且能够提供三维密度信息。因此CT成像技术大大提高了成像的准确度，扩大了检测范围。但随着该技术的普遍应用，CT机对系统数据通信提出了更高的要求。由于其传感器数量大量增加，随之产生的大量数据需要从传感器端传输到计算机上。而以往的通信手段无法满足高速数据的传输要求，因此需要开发具有更强传输能力的高速数据传输系统。采用该技术的传输系统具有传输速率高，可靠性好等优点，因此该技术成为CT机中数据传输的主流方式。本文着重研究和设计了用于工业CT安检机的高速数据传输系统。
　　 本文首先介绍了基于该技术的高速传输系统的研究现状、实现目标等基本情况，指出了各种非接触式数据传输的优缺点，评估了HSDCD应用于CT系统的可行性。之后分别从机械及电气方面介绍了该系统的实现架构，研究和设计了CIMT编码的基本原理和HSDCD天线的实现方案。然后利用AltiumDesignerWinter09完成了系统天线、基带数据传输等电路设计，利用VerilogHDL语言在QuartusⅡ8.0环境下，完成对发射端数据处理模块和接收端数据处理模块的软件设计，并且通过软件仿真测试和硬件测试。最后将该系统应用于样机，经过测试CT机旋转体与固定体间的通信速率在140Mbps以上。并且能够在旋转体与固定体相对运动时保证通信的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

图表目录

1 引言

1.1 HSDCD技术简介

1.2 课题的研究背景

1.3 课题的研究现状

1.4 课题的实现目标

2 系统架构及关键技术原理

2.1 系统机械平台

2.1.1 概述

2.1.2 旋转体描述

2.1.3 固定体描述

2.2 系统电气架构

2.2.1 发送单元架构

2.2.2 接收单元架构

2.3 关键技术原理

2.3.1 CIMT编码

2.3.2 HSDCD微带天线设计原理

3 系统硬件设计与实现

3.1 信号采集处理单元设计

3.1.1 硬件架构

3.1.2 主要芯片工作原理及性能指标

3.1.3 PECL电平介绍

3.1.4 硬件电路实现[32][33]

3.2 天线驱动单元设计

3.2.1 硬件架构

3.2.2 主要芯片工作原理及性能指标

3.2.3 硬件电路实现

3.3 电容耦合式天线设计

3.3.1 硬件架构

3.3.2 硬件电路设计

3.4 接收单元设计

3.4.1 硬件架构

3.4.2 主要芯片工作原理及性能指标

3.4.3 硬件电路实现

4 系统软件设计与实现

4.1Verilog HDL语言介绍

4.2 测试模式

4.2.1 发射机设计

4.2.2 接收机设计

4.3 工作模式

4.3.1 发射机设计

4.3.2 天线驱动单元软件设计

4.3.3 接收机设计

5 系统测试

5.1 硬件电路性能测试

5.1.1 系统传输工作性能测试

5.1.2 外部FIFO性能测试

5.1.3 测试结论

5.2 电容耦合天线性能测试

5.2.1 天线耦合性能测试

5.2.2 天线切换测试

5.2.3 测试结论

6 结论

参考文献

附录A

作者简历

学位论文数据集