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 VIDIFF 和 VICM 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_33 I/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。