高速LVDS信号接收及基于FPGA的串并转换的设计

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1、高速LVDS信号接收及基于FPGA的串并转换的设计摘要主耍介绍高速LVDS差分信号转单端信号接收模块的设计，通过TI公司的SN65LVDS386芯片，接收差分信号并转换为单端信号，并基于FPGA实现串行数据转换为并行数据。【关键词】LVDS信号接收FPGA串并转换1引言随着信息技术的发展，数据量越来越大。低压差分信号传输技术(LowVoltageDifferentialSignaling,LVDS)是一种满足当今高速数据传输应用的新型技术,它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几白兆bps的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低

2、功耗。在后端需要CMOS数字信号或者其他单端信号时，需要？2•耒中藕抛?换为单端信号，LVDS差分信号接收模块的设计非常重要，信号质量的接收直接影响整个系统的稳定性，因此需要设计可靠的信号接收电路将LVDS差分信号转换为单端信号。FPGA(Fie1d~Programmab1eGateArray),即现场可编程阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域屮的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。以VHDL等硬件描述语言所完成的电路

3、设计，可以经过综合和布局，快速的烧写至FPGA±进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。系统设计师可以根据需要通过可编程的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，一个出厂后的成品FPGA逻辑块和连接可以按照设计者的意图而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。在本文中通过FPGA编程，可以实现高速信号的串并转换。2工作原理2.1LVDS接口简介LVDS接口又称RS-644总线接口，是20世纪90年代出现的一种数据传输和接口技术。LVDS即低电压差分信号，该技术的核心是采用较低的电压摆幅高速差动传输数据，可实现点对点或一点对多点的连接，具有低功耗

4、、低误码率、低串扰和低辐射等特点，在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中得到了广泛应用。LVDS具有许多优点：（1）终端适配容易；（2）功耗低；（3）具有fa订-safe特性确保可靠性；（4）成本低；（5）传送速度高。2.2芯片简介LVDS信号有更低的共模噪声和共模抑制。若直接在LVDS信号中取单端信号，则取得的单端信号中可能仍然包含一定的共模噪声。此单端信号在经过系统后续放大电路的放大处理后，噪声更为明显。因为直接在LVDS信号中取的单端信号的幅值不高，需要后端放大电路更高的增益，增加了系统设计的难度。SN65LVDS386是德州仪

5、器公司一款16通道LVDS接收器。此款LVDS接收器芯片的性能达到甚至超出了ANSITIA/EIA-644标准的要求，芯片设计的信号速度可达630Mbps,此芯片使用3.3V单电源供电，典型的传输延迟为2.6nso具有fail-safe功能，即当芯片引脚对上没有差分信号输入出现或者输入很小时，这种往往出现在输入为高阻态或者输入线缆没有连接好的状态时，当这种情况发生时，LVDS信号接收器将输入信号对的每个引脚都通过300k欧姆的电阻拉高到Vcc电平附近。fail-safe特点是：使用一个与门将输入信号保持到门限2.3V上，不管输入差分电压是多少，

6、都使得输出保持为高电平。其真值表如图1所示。2.3Altera公司的FPGA芯片介绍Altera公司的FPGA设计开发技术在业內首屈一指，相对于其他公司来说有一定的优势，其产品应用也十分广泛。Altera公司的FPGA分为两大类，一种是cyclone系列的FPGA,侧重于高性价比应用，容量中等，性能满足一般的逻辑设计耍求。还有一种是侧重于高性能应用，容量大，性能满足各类高端应用，如Stratix系列。根据我们实际的应用情况，结合性价比考虑，决定采用Cyclonell系列的FPGA。CyclonellFPGA器件扩展了低成本FPGA的密度，最多达

7、68416个逻辑单元（LE）和1.1M比特的嵌入式存储器，其内部的逻辑资源可以用来实现复杂的应用。本设计选择的EP2C8T144C8是该系列的一款典型产品，接口支持差分I/O,LVDS标准支持接收端最高805Mbps数据速率，发送端最高622Mbps；支持各种单端I/O标准，如当前系统中常用的LVTTL、LVCOMS>SSTL、HSTL、PCI和PCI-X标准。3硬件设计2.1电路组成LVDS差分接收串并转换模块框图如图2所示。3.2工作原理本设计中前端输入的数据信号为16位串行LVDS信号，在时钟CLK的控制下，高8位数据MSB和低8位数据L

8、SB连续串行输。其输入信号的数据格式如图3所示。LVDS串行信号通过传输接插件进入芯片SN65LVDS386,此芯片将LVDS差分信号转换为单端信号，