[转]FPGA使用LVDS差分信号的一些注意事项

Posted 2020-10-10 tubujia

最近在调试一个LVDS的屏显功能，涉及到了一些LVDS的东东，简单地整理如下，后续会再补充。

（1）对于altera FPGA（CYCLONE III）

1、对于作为LVDS传输的BANK必须接2.5V的VCCIO；

2、左右BANK（即1/2/5/6 BANK）的LVDS发送差分对信号无需外接匹配电阻，而上下BANK（即3/4/7/8 BANK）则需要，如果硬件工程师忘了，还可以在FPGA的IO引脚分配时里加端接电阻设置；

3、分配管脚时，左右BANK的LVDS差分信号脚在IO分配时选择的IO电平标准是LVDS，而上下BANK的LVDS差分信号脚在IO分配时选择的IO电平标准是LVDS_E_3R；

4、分配管脚时，只要指定LVDS信号的p端（+）,则n端（-）会自动分配。在verilog代码中只要一个信号接口即可，无需在代码中定义一个差分对接口；

5、速度高时需用IP核（200MHz或400Mbps以上，串并转换器），在altera FPGA内使用的LVDS收发IP核是altlvds_rx和altlvds_tx，相应的IP使用说明在megawizard里有。

 

LVDS是一种高速串行接口。速度一般都是几百MHZ以上。Altera低端的Cyclone IVE/Cyclone III的LVDS速度都可以达到800Mbps以上，高端的更能上到1.6Gbps。因此，IO的性能是远远比FPGA内部的LE性能要好的。这么高的速率情况下，你如果是用内部的LE来移位再输出到LVDS IO上，顶多能上到400Mbps（如果上DDIO的话）就已经不错了，再大的话是移不出来的。

这种情况下，你只有调用专用的串转并/并转串模块，也就是LVDS RX/TX模块。这个模块是专用的解串电路，跟Tranceiver有点像，但是功能没有Tranceiver多，性能没有它好。

了解上面一点后，你的问题其实就是数据对齐的问题了。你输入的是并行的数据，转成串行的数据以后，必然会有一个数据位对齐的问题。说来话有点多了，这个是高速链路的知识了。数据对齐有很多方式，Altera的LVDS模块就是用bitslip来控制的，bitslip是移位控制，在LVDS上电训练链路的那个时间，用bitslip来控制移位，发现如果不是训练码型的话就移一位直到能接收到正确的码型为止。

数据对齐还有另外一种方法。做LVDS接口的一般都有一个随路时钟，这个时钟是跟TX，RX的同源/同步的。移动这个时钟的相位也能起到数据对齐的作用。但是前提是时钟频率跟数据频率的比例和串行因子一定要是相等的。例如，数据频率是800Mbps，串行因子是8，那么参考时钟频率需要是100MHZ。

 

（2）对于xilinx FPGA

区别altera的地方在于首先在Verilog的代码里，xilinx的LVDS信号需要定义一对差分对信号，通过xilinx的原语进行差分对转单端或者单端转成差分对信号。另外在IO引脚分配时，xilinx的电平标准都是一样的，比如都是LVDS_33。

下图1是altera下的LVDS信号引脚分配，可见用户只需要分配p端(+)引脚即可。

                                                              图1 altera LVDS引脚分配情况

下图2是xilinx的LVDS信号引脚分配，xilinx的LVDS引脚区分p端和n端。当然在vivado下引脚分配可以只分配P端脚号，N端脚号会自动分配。而在代码里都需要写明差分对信号，再通过原语转成单端信号。

                                                              图2 xilinx下LVDS的引脚分配情况