FPGA的LVDS接口电压

在Xilinx Artix-7 (XC7A) 系列FPGA中,LVDS接口的电压取决于所使用的I/O Bank类型和配置,而不是一个固定值。


一、核心电压规格

I/O Bank类型 支持的LVDS标准 VCCO电压要求 说明
HP Bank (高性能) LVDS Mini-LVDS 1.8V 这是最主要的使用方式,支持最高性能的LVDS
HR Bank (高范围) LVDS_25 2.5V 用于兼容传统设计,性能相对较低

关键点:

  • 同一FPGA中可能同时包含HP Bank和HR Bank。

  • 必须将Bank的VCCO电源电压设置为对应LVDS标准要求的电压。

  • 错误的VCCO电压会导致接口无法正常工作或损坏。


二、官方文档来源

1. 主要参考文档
  • 《7 Series FPGAs SelectIO Resources User Guide》(UG471)

    • 重点章节:Chapter 3: "SelectIO Electrical Characteristics"

    • 具体章节

      • Table 3-1: I/O Standards Supported by HP I/O Banks

      • Table 3-2: I/O Standards Supported by HR I/O Banks

      • Section: "LVDS and Mini-LVDS"

2. 辅助参考文档
  • 《7 Series FPGAs Packaging and Pinout Specification》(UG475)

    • 用于确定具体器件的哪些Bank是HP Bank,哪些是HR Bank。
  • 《Artix-7 FPGAs Data Sheet: DC and AC Switching Characteristics》(DS181)

    • 提供具体的时序和电气参数。
3. 设计工具验证
  • 在Vivado中创建工程后,通过以下方式验证:

    • I/O Planning视图

    • 生成约束文件时检查I/O标准兼容性


三、实际设计示例

XC7A35T-2FGG484I为例:

  1. 查看Bank类型(通过UG475):

    • Bank 13, 14, 15, 16, 33, 34 → HP Banks

    • Bank 11, 12, 35 → HR Banks

  2. 配置LVDS

    • 如果在Bank 13使用LVDS:

      • 设置该Bank的VCCO = 1.8V

      • 在约束文件中指定:set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports {my_lvds_port}]

    • 如果在Bank 11使用LVDS:

      • 设置该Bank的VCCO = 2.5V

      • 在约束文件中指定:set_property IOSTANDARD LVDS_25 [get_ports {my_lvds_port}]


四、重要设计注意事项

1. 电源设计
  • 每个Bank的VCCO必须独立供电,并严格符合电压要求。

  • 使用精度较高的电源(如LDO或高性能DC-DC),纹波<2%。

2. 端接匹配
  • LVDS差分对通常需要100Ω端接电阻:

    • 位置:靠近接收端

    • 精度:1%以内

3. 常见错误
  • 错误:在HP Bank使用LVDS_25标准,或在HR Bank使用LVDS标准。

  • 结果:Vivado会报错,或硬件无法正常工作。

  • 现象:链路训练失败、高误码率、无信号输出。


五、性能对比

参数 HP Bank (1.8V LVDS) HR Bank (2.5V LVDS_25)
最大速率 高达1.25 Gbps 约600 Mbps
功耗 较低 较高
兼容性 需要1.8V系统 兼容传统2.5V系统

总结

  1. XC7A系列FPGA的LVDS电压不是固定的,取决于使用的Bank类型。

  2. HP Bank :使用LVDS 标准,需要1.8V VCCO。

  3. HR Bank :使用LVDS_25 标准,需要2.5V VCCO。

  4. 官方文档 :主要参考UG471,辅助参考UG475和DS181。

  5. 设计时必须在Vivado中正确设置I/O标准和电压,否则无法正常工作。

建议:在新设计中优先使用HP Bank的1.8V LVDS,以获得更好的性能和功耗特性。

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