一种基于FPGA的LVDS数据接收方法

王政 张宾

摘要：LVDS传输方式越来越多的用于高速信息传输中，基于FPGA的LVDS数据接收的应用越来越广泛。本文介绍了一种接收ADS5263芯片输出的LVDS数据的方法，以及在实现过程中需要注意的重点。通过测试，该方法能够适应不同LVDS数据率的需求。

关键词：ADS5263;LVDS;FPGA

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）07-0115-02

0 引言

数据的传输是电子系统与外界设备进行信息交换及数据融合的基础，LVDS采用高速差分信号通讯，电压摆幅较低，可以应用于长距离通信也可用于板内通信，是当今高速数据传输的主流解决方案[1]。

ADS5263是德州仪器（TI）推出的四信道16位模数转换器 （ADC）。该芯片采样频率高达100MSPS，数据输出采用LVDS电平形式。本文介绍了一种基于FPGA的LVDS电平数据接收方法，在工程中验证了该方法是稳定可行的。

1 硬件平台说明

FPGA与ADS5263的互联中需要注意的是，ADS5263芯片的输出信号DCO、FCO和数据信号（OUT0P/N～OUT7P/N）均连到FPGA的局部管脚（GC），并做等长处理。

1.1 LVDS数据格式

ADS5263有两种工作模式：单差分对输出模式和两差分对输出模式[2]。本文就两差分对输出模式（即双线模式）做介绍。圖1表示ADS5263输出数据的时序。

1.2 FPGA简介

FPGA为XILINX公司的Virtex4系列芯片XC4VLX25-11SF363，该芯片具有25K个门逻辑单元、1260Kb的RAM、48个DSP48E Slices。该芯片可靠性高、功耗低及环境适应性等方面都满足设计要求。

2 接收程序设计与实现

2.1 程序设计思路

从数据的时序上可以看出DCO的上升沿代表数据锁存时机，FCO的沿代表每帧数据的始末，以此分辨AD采样数据。

在FPGA程序设计中将DCO作为敏感时钟，将FCO作为与其同步的数据信号作为待处理的数据，只要是在FCO的上升沿或者下降沿锁存与其同步的数据，就可以得到准确稳定的AD采样数据，因此只需要保证在DCO、FCO和数据在锁存器之前经过的延时是同样的，就可以确保每次获得数据的准确性。

为了确保延时的一致，在FPGA内部保证信号从FPGA管脚到锁存器的延时一致，因此使用IDELAY来做调整，并尽量使各个路径经过的模块尽量一致。

2.2 程序模块说明

2.2.1 IDELAY和IDELAY_CTL

IDELAY可以设定为固定延时模式和可变延时模式，可以通过IOBDELAY_TYPE可配置。在固定延时模式下，通过配置参数IOBDELAY_VALUE确定延时的值，0-63可选，当设置为0时，模块固有延时为400ps。CE，C，INC，RST均无效。在可变延时模式下，通过与C（clk）同步的CE、INC、RST控制延时值的大小。

IDELAYCTRL模块初始化配置时，REFCLK必须使用200M时钟;RST为50ns以上异步高电平复位;RDY为REFCLK稳定指示，一旦REFCLK连续两个以上时钟周期不跳变，RDY信号无效。

在本例中，IDELAY采用可变模式，通过使用FPGA内部的VIO模块在线调整延时值，达到稳定准确接收ADS5263数据的目的。

2.2.2 IDDR

IDDR例化时采取SAME_EDGE_PIPELINDE模式，在这个模式下，时钟C的上升沿对应的数据在Q1输出，下降沿对应的数据在Q2输出，这样可以在C的上升沿读取Q1和Q2的状态，就可以分别得到需要的双沿数据。这样可以达到LVDS数据解析的目的。

2.2.3 BUFIO和BUFR

BUFIO和BUFR均属于IO内部资源，它们只能同一个时钟区域的时钟管脚驱动，输出的信号可以驱动相邻的三个时钟区域。BUFIO特别适用于同源数据的锁存。BUFIO的输出只能直接驱动IO内部资源，如果需要输出到FPGA内部逻辑资源，必须经过BUFR输出。

2.3 程序设计流程

整个LVDS接收的程序框图如图2所示。

通过分析AD数据输出时序可以看出，FCO的上升沿和下降沿使用DCO的上升沿完全可以捕获，因此在FCO对应的路径中，IDDR只使用了其中一个输出，即Q0。在Q0进入移位寄存器后判断Q0的状态是否为上升沿或者下降沿，在FCO的上升沿或者下降沿时，移位寄存器输出锁存使能信号，并发送到数据通路。

这种方法只要采用相同的硬件平台，不需要调整程序的参数可以接收不同的采样率对应的数据。

在测试中调整ADS5263的采样时钟，对于10M-100M的采样时钟，接收模块都可以正确输出采样数据。

3 结语

详细介绍了一种基于FPGA的LVDS电平数据接收方法的设计与实现，对软硬件设计中的若干问题作了说明和分析。通过测试，该方法有较好的适应能力，可满足了工程应用中多种采集速率的需求。

参考文献

[1] 张聪.基于LVDS的数据收发系统研究与实现[D].西安电子科技大学， 2017.

[2] TI.德州仪器推出首款支持更快、更小医疗影像设备的四信道16位100 MSPS ADC[J].电子与电脑，2011（06）：75.