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基于信号完整性分析的视频监控系统硬件设计

作　者: 黄帅
导　师: 许雪梅
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 家庭智能视频监控高速系统设计信号完整性电源完整性平面分割
分类号: TN79
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

嵌入式视频监控系统在银行、交通、商场、小区等领域得到了广泛应用,个人化、智能化成为视频监控的重要发展方向,研究和设计嵌入式家庭智能视频监控系统具有广阔的应用前景。随着系统时钟频率的提高,信号带宽增加,高速数字电路中的信号完整性的诸多问题凸显,对智能视频监控系统硬件设计带来了很大挑战。因此,研究高速数字电路信号完整性,是确保本设计成功的关键,对高速系统设计有着重要意义。围绕家庭智能视频监控系统的研制工作,对嵌入式视频监控系统的设计方案进行了对比和分析,指出智能化与无线化大幅提高视频监控的有效性和灵活性,在此基础上分析了家庭视频监控系统的功能需求,采用多媒体处理器DM6467T对系统进行方案设计,包括功能模块以及外围控制电路,绘制了监控系统硬件原理图；研究了信号完整性理论,对核心电路板中的信号完整性问题进行了分析,对反射、串扰、布线拓扑建模仿真和对比研究,根据仿真结果指导和优化电路设计；针对电源完整性问题,利用电容去耦原理和平面对建模对电源系统的目标阻抗进行设计,对平面分割和过孔造成信号传输不连续性影响进行了建模分析,并提出了优化设计和改进方法。在以上研究基础上,结合仿真结论设计了核心板实际硬件电路。通过编写简单应用程序使核心电路板进行图像采集、H.264编解码和视频数据WIFI无线网络传输,测试结果表明,系统视频监控效果良好,整体设计达到了实时传输要求。文中提出理论与仿真相结合的电源目标阻抗设计方法和平面分割改进方法对提高监控系统电路的信号完整性着实有效。实践证明,运用基于信号完整性仿真分析的设计方法,可以在设计阶段分析并解决信号完整性问题,缩短研发周期,降低研发成本,确保高速系统设计可靠性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-18
  1.1 家庭智能视频监控的背景与意义  10-11
  1.2 家庭视频监控的国内外发展现状与趋势  11-12
  1.3 家庭智能视频监控的硬件设计方案  12-14
  1.4 信号完整性问题的引出  14-15
  1.5 信号完整性的现状和发展  15-16
  1.6 本文的研究内容和结构安排  16-18
第二章家庭智能监控系统硬件设计  18-34
  2.1 家庭智能监控系统需求分析  18-20
    2.1.1 功能需求  19
    2.1.2 性能指标  19-20
  2.2 核心处理器TMS320DM6467T介绍  20-21
  2.3 家庭智能监控系统总体设计与工作原理  21-22
  2.4 功能模块详细设计  22-33
    2.4.1 视频模块电路  22-24
    2.4.2 音频采集模块  24-25
    2.4.3 网络通信模块设计  25-27
    2.4.4 存储器电路设计  27-31
    2.4.5 电源系统、扩展接口与外设控制  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章信号完整性理论与传输线分析  34-46
  3.1 信号完整性的概念与分析方法  34-36
    3.1.1 信号完整性的概念  34-35
    3.1.2 信号完整性研究分析方法  35-36
    3.1.3 S参数理论  36
  3.2 基于信号完整性的高速电路设计  36-37
  3.3 高速仿真模型  37-39
  3.4 传输线理论分析  39-41
  3.5 传输线分类  41-45
    3.5.1 微带传输线  41-42
    3.5.2 带状传输线  42-43
    3.5.3 差分传输线  43-44
    3.5.4 线长对微带线传输特性的影响  44-45
    3.5.5 差分线间距对信号传输特性的影响  45
  3.6 本章小结  45-46
第四章监控系统信号完整性分析与设计  46-63
  4.1 特征阻抗与PCB叠层设计  46-48
    4.1.1 传输线阻抗设计  46
    4.1.2 系统PCB叠层设计  46-48
  4.2 DDR2芯片布局设计与布线拓扑  48
  4.3 反射分析与设计  48-55
    4.3.1 反射原理  48-49
    4.3.2 DDR2布线前反射分析  49-53
    4.3.3 反射信号的后仿真  53-55
  4.4 串扰分析与设计  55-59
    4.4.1 串扰产生原理  55-56
    4.4.2 DDR2数据线串扰建模与仿真  56-58
    4.4.3 数据线串扰后仿真  58-59
  4.5 差分电路分析与设计  59-61
  4.6 系统高速信号的时序分析  61-62
  4.7 本章小结  62-63
第五章电源完整性与传输路径不连续性研究  63-82
  5.1 电源完整性的概念  63
  5.2 电源分配系统分析与建模  63-66
    5.2.1 电源分配系统组成  63-64
    5.2.2 板级电源分配系统建模  64-66
  5.3 系统板级电源完整性设计  66-68
    5.3.1 系统目标阻抗分析  66-67
    5.3.2 谐振模式分析  67-68
  5.4 系统目标阻抗设计  68-73
    5.4.1 电源管理模块阻抗设计  68-70
    5.4.2 高频阻抗设计  70-72
    5.4.3 电容去耦半径  72-73
  5.5 传输路径不连续性对信号完整性的影响研究  73-81
    5.5.1 平面分割  73-75
    5.5.2 分割槽上加入电容  75-76
    5.5.3 过孔建模与分析  76-79
    5.5.4 提高过孔传输性能方法研究  79-81
  5.6 本章小结  81-82
第六章监控系统PCB设计与硬件测试  82-88
  6.1 监控系统PCB设计  82-84
    6.1.1 系统布局设计  82
    6.1.2 数据线端接匹配设计  82-83
    6.1.3 差分时钟电路设计与蛇形走线  83
    6.1.4 电源平面分割  83-84
    6.1.5 各布线层走线结果  84
  6.2 硬件测试  84-87
    6.2.1 启动电路测试  84-85
    6.2.2 操作系统引导并挂在网络文件系统  85-86
    6.2.3 H.264硬件编解码与无线网络传输测试  86-87
  6.3 本章小结  87-88
第七章总结与展望  88-90
  7.1 总结  88-89
  7.2 研究展望  89-90
参考文献  90-96
致谢  96-97
攻读硕士学位期间主要研究成果  97

基于信号完整性分析的视频监控系统硬件设计

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