news 2026/3/16 11:13:58

LVDS系列39:Xilinx Ultrascale系 ADC LVDS接口参考方法(一)

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张小明

前端开发工程师

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LVDS系列39:Xilinx Ultrascale系 ADC LVDS接口参考方法(一)

接下来几讲,将仔细介绍Xilinx Ultrascale系列器件进行LVDS接口接收处理的方法;

 High Speed SelectIO Wizard IP介绍:
在7系中,对LVDS接口处理,一般使用零散的原语组件去实现,如做输入线延时的IDELAYE2,做串转并操作的ISERDESE2,其实在Ultrascale架构中,也有与7系对应的组件原语IDELAYE3、ISERDESE3、原生原语TX_BITSLICE、RX_BITSLICE等,由于U系的架构比7系复杂,其原语的使用也比7系复杂,所以为了方便一些比较通用的操作,xilinx官方用一个High Speed SelectIO Wizard的IP,去控制原生原语去实现7系中我们所做的很多繁杂的连接工作;
High Speed SelectIO Wizard以下简称HSSIO,HSSIO将RX_BITSLICE、TX_BITSLICE、RXTX_BITSLICE、BITSLICE_CONTROL和PLL,根据IP的GUI配置界面进行封装调用;
IP支持Ultrascale和Ultrascale+两种架构的设备;

上图为Ultrascale架构的下,其一个代表性HSSIO设计的内部连接结构图;
IP可以实现,LVDS输出,LVDS输入,或LVDS输入输出;
可以看到输入的外部时钟,将会被接入PLL中使用,生成分频时钟输出到外部,生成高速时钟用于BITSLICE_CONTROL组件的数据采样;
输出路径主要由BITSLICE_CONTROL和TX_BITSLICE组件控制;
输入路径主要由BITSLICE_CONTROL和RX_BITSLICE组件控制;
双向路径主要由BITSLICE_CONTROL和RXTX_BITSLICE、TX BITSLICE TRI组件控制;

我们后面只使用输入路径,也只讲解输入路径相关,

其中RX_BITSLICE是RXTX_BITSLICE的接收器。

其中数据来自IOB输入,输入延迟组件是IDELAYE3,解串组件是ISERDESE3,BITSLICE_CONTROL控制IDELAYE3组件的延迟,BITSLICE_CONTROL为采样寄存器提供高速采样时钟,该采样时钟来自IOB输入的外部高速比特时钟,使用PLL生成分频时钟和同频采样时钟,然后数据的输出也是由BITSLICE_CONTROL控制,可以提供一个深度为8的FIFO用作缓冲输出,输出时使用PLL产生的分频时钟获取并行数据;



两个中央字节组(字节组1和字节组2)各都包含支持四字节时钟(QBC)和全局时钟(GC)功能的时钟输入管脚或管脚对。
QBC管脚可在布局到的半字节组或字节组中用作为捕获时钟输入,但它们也可以通过专用时钟基干向I/Obank中的所有其它半字节组和字节组提供捕获时钟,范围是这个bank。
GC管脚是可以驱动MMCM和/或PLL原语的时钟输入,范围是全局的可以跨bank。
其中一些具有时钟功能的输入具有双重功能QBC和GC。
上字节组和下字节组各含支持专用字节时钟(DBC)功能的时钟输入管脚(管脚对),这些输入管脚或管脚对可用于字节组内部时控,但不能将捕获时钟驱动到I/Obank中的其它字节组,也不能驱动I/Obank中的MMCM或PLL。
一般在设计PCB时,LVDS接口的高速采样时钟一般就要接到规定的QBC、GC等管脚处,当然不连到该处,也能配置为异步模式进行使用;

上图为BITSLICE_CONTROL与BITSLICE的关系,
Ultrascale的一个IO bank中有52个管脚,其中分4个字节,每个字节有13个管脚,每个字节分为高字节和低字节,高字节管理7个管脚,低字节管理6个管脚;
一个字节由两个BITSLICE_CONTROL去控制,一个控制高半字节7个BITSLICE,一个控制低半字节6个BITSLICE,能控制多个BITSLICE,包含RX、TX、RXTX_BITSLICE;

BITSLICE_CONTROL的基本功能是执行内置自校准(BISC)、为RXTX_BITSLICE中的接收器和发射器功能生成时钟、控制专用功能以及控制一组供先前汇总的功能使用的寄存器(RIU)。
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