news 2026/4/19 17:40:25

XIlinx FPGA使用LVDS的电源与电平关键指南

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张小明

前端开发工程师

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XIlinx FPGA使用LVDS的电源与电平关键指南

针对7 Series, UltraScale, UltraScale+ FPGAs 以及 MPSoC器件使用 LVDS 的注意事项:

1. 适用范围

  • 器件系列:7 Series, UltraScale, UltraScale+, Zynq UltraScale+ MPSoC。
  • 涉及 IO 类型:High Performance (HP) Banks, High Range (HR) Banks, High Density (HD) Banks。

2. 电源电压 (VCCO) 与 输入/输出 的限制

这是该指南的核心内容,根据 Bank 类型和是用作输入还是输出,规则有所不同:

A. LVDS 输出 (Outputs)
  • 严格的电压要求:LVDS 输出驱动器对 Bank 电压(VCCO)有严格要求,必须匹配标准电压。
    • HP Banks (LVDS): VCCO 必须为1.8V
    • HR/HD Banks (LVDS_25): VCCO 必须为2.5V
  • 不支持 3.3V 输出:这些器件不支持LVDS_33标准。你不能在 VCCO 为 3.3V 的 Bank 中使用 LVDS 输出。
B. LVDS 输入 (Inputs)
  • 宽松的电压要求:输入端的 VCCO 电压要求相对宽松,可以不完全匹配标准电压,但有前提条件。
    • HP Banks: 即使 VCCO不是1.8V,也可以使用 LVDS 输入。
    • HR/HD Banks: 即使 VCCO不是2.5V,也可以使用 LVDS_25 输入。
  • 关键限制 (Termination)
    • 如果在 VCCO 电压不匹配的情况下使用 LVDS 输入(例如在 2.5V 或 3.3V 的 Bank 中接收 1.8V LVDS 信号,或在非 2.5V Bank 接收 LVDS_25),必须将DIFF_TERM属性设置为FALSE
    • 这意味着你不能使用片内终端电阻,必须在 PCB 上使用外部差分终端电阻(通常为 100Ω)。

3. 电气参数合规性 (Signal Integrity)

无论 VCCO 如何连接,必须确保驱动端的信号电平满足 FPGA 接收端的规范(参考具体器件的数据手册 Data Sheet):

  • VOD (差分输出电压) & VOCM (共模输出电压):驱动芯片的输出必须落在 FPGA 接收端的VIDIFFVICM允许范围内。
  • VIN (输入电压范围):输入信号的绝对电压电平不能超过 Data Sheet 中规定的VIN绝对最大额定值(通常与 VCCO 相关,需注意过压风险)。

4. 关于 “LVDS_33” 的特别说明

  • 无原生支持:现代 Xilinx FPGA(7系列及以后)没有LVDS_33I/O 标准。
  • 兼容性设计:如果需要连接旧款 FPGA 或其他芯片的 3.3V LVDS 信号:
    • 作为输出:FPGA 无法直接产生 3.3V 供电的 LVDS 信号。
    • 作为输入:只要信号电平(VOD, VOCM)满足 FPGA 接收端的要求,且不超过 Bank 的输入电压容限,通常可以接收。但务必注意共模电压和摆幅是否在 FPGA 允许范围内,并使用外部端接。

5. 双向 LVDS (Bidirectional)

  • 必须同时满足输入和输出的限制。因此,对于双向 LVDS 信号,Bank 的 VCCO必须严格设置为对应的标准电压(HP Bank 为 1.8V,HR Bank 为 2.5V),且不能利用输入的宽电压容限特性。

总结检查清单 (Checklist)

  1. 确认 Bank 类型:是 HP、HR 还是 HD?
  2. 确认方向:是仅输入、仅输出还是双向?
  3. 检查 VCCO
    • 输出/双向 -> 必须严格匹配 (HP=1.8V, HR=2.5V)。
    • 仅输入 -> 若 VCCO 不匹配,必须禁用内部匹配 (DIFF_TERM = FALSE) 并使用外部电阻。
  4. 检查电平:对照 Data Sheet 检查驱动端的 VOD/VOCM 是否在接收端的 VIDIFF/VICM 范围内。
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