简要介绍各种接口协议和标准

简要介绍各种接口协议和标准

LVDS常常用在具有“源同步”时钟系统的数据转换器中，不过这并不是LVDS标准的一部分。在这种设置中，时钟与数据同相，并且与数据一同发送。这样，接收器就能使用该时钟更轻松地捕捉数据，因为它现在知道数据传输何时发生。

FPGA逻辑的速度一般跟不上高速转换器的总线速度，因此大多数FPGA具有串行器/解串器(SERDES)模块，用以将转换器端的快速、窄带串行接口转换为FPGA端的慢速、宽带并行接口。针对总线中的每个数据位，此模块输出2、4或8位，但以½、¼或1/8的时钟速率输出，从而有效地将数据解串。数据由FPGA内部的宽总线处理，其速度远低于连接到转换器的窄总线。

LVDS信号标准也用于串行链路，大部分是用在高速ADC上。当引脚数量比接口速度更重要时，通常使用串行LVDS。常常使用两个时钟：数据速率时钟和帧时钟。并行LVDS部分提到的所有考虑同样适用于串行LVDS。并行LVDS不过是由多条串行LVDS线组成。

时钟

数据输入和数据输出(4线)，或者双向数据输入/数据输出(3线)

片选(每个非主机器件使用一条线)

可用片选线有多少，SPI就能支持多少器件。它的速度可达约100 MHz，通常用作控制接口和数据接口。

Blackn处理器支持SPORT，FPGA上可直接实现SPORT。SPORT一般仅用于数据传输，但也可以插入控制字符。

一般建议 进行ADC与FPGA的接口设计时，下列一般建议会有所帮助。

使用接收器、FPGA或ASIC的外部电阻终端，而不要使用FPGA内部终端，以免不匹配引起反射，致使超出时序预算。

布设连接到接收器的数字走线时，请勿采用大量“转接”(tromboning)来使所有走线

保持等长。

利用CMOS输出端的串联终端降低边沿速率并限制开关噪声。确认所用的数据格式(二进制补码或偏移二进制)正确。

采用单端CMOS数字信号时，逻辑电平以大约1 V/nS的速度移动，典型输出负载为10 pF(最大值)，典型充电电流为10 mA/位。应采用尽可能小的容性负载，使充电电流最小。这可以利用尽可能短的走线仅驱动一个门来实现，最好没有任何过孔。在数字输出端和输入端使用阻尼电阻，也可以使充电电流最小。

阻尼电阻和容性负载的时间常数应为采样速率周期的大约10%。如果时钟速率为100 MHz，负载为10 pF，则该时间常数应为10 nS的10%，即1 nS。这种情况下，R应为100 Ω。为获得最佳信噪比(SNR)性能，1.8 V DRVDD优于3.3 VDRVDD。然而，当驱动大容性负载时，SNR性能会下降。CMOS输出支持最高约200 MHz的采样时钟速率。如果驱动两个输出负载，或者走线长度大于1或2英寸，建议使用缓冲器。

图2所示的典型CMOS驱动器能够产生很大的瞬态电流，尤其是驱动容性负载时。对于CMOS数据输出ADC，必须采取特别措施以使这些电流最小，不致于在ADC中产生额外的噪声和失真。

典型示例

图4显示了CMOS中的一个标准LVDS驱动器。标称电流为3.5 mA，共模电压为1.2 V。因此，当驱动一个100 Ω差分终端电阻时，接收器各输入的摆幅为350 mV p-p，这相当于700 mV p-p的差分摆幅。这些数值来源于LVDS规范。

LVDS标准有两个：一个由ANSI制定，另一个由IEEE制定。虽然这两个标准类似且大致兼容，但并不完全相同。图5比较了这两个标准的眼图和抖动直方图。IEEE标准LVDS的摆幅为200 mV p-p，低于ANSI标准的320 mV p-p，这有助于节省数字输出的功耗。因此，如果IEEE标准支持目标应用及与接收器的连接，建议使用IEEE标准。

图6比较了走线长度超过12英寸或30厘米情况下的ANSI和IEEE LVDS标准。两幅图中，驱动电流均采用ANSI版标准。右图中，输出电流加倍，这可以净化眼图并改善抖动直方图。

图7显示了长走线对FR4材料的影响。左图显示了发送器端的理想眼图。在距离40英寸的接收器端，眼图几乎闭合，接收器难以恢复数据。

故障排除技巧 ADC丢失第14位

图8中，数据位的VisualAnalog数字显示表明，第14位从未跳变。这可能说明器件、PCB或接收器有问题，或者无符号数据不够大，无法使最高有效位跳变。

ADC丢失第14位时的频域曲线

图9显示了上述数字数据(其中第14位未跳变)的频域视图。该图说明，第14位有意义，系统中的某个地方发生错误。

ADC丢失第14位时的时域曲线

图10为相同数据的时域曲线。它不是一个平滑的正弦波，数据发生偏移，波形中多个点处有明显的尖峰。

ADC的第9位和第10位短接在一起

图11所示不再是丢失一位的情况，而是两位短接在一起，因此对于这两个引脚，接收器始终接收到相同的数据。

ADC第9位和第10位短接在一起时的频域曲线

图12显示了两位短接在一起时的频域视图。虽然基频音非常清楚，但噪底显著低于预期。噪底失真的程度取决于短接哪两位。

ADC第9位和第10位短接在一起时的时域曲线

在图13所示的时域图中，问题相对不明显。虽然在波峰和波谷处损失了一些平滑度，但当采样速率接近波形频率时，这是常见现象。

数据和时钟时序无效时的时域曲线

图14显示了一个因建立/保持问题而导致时序无效的转换器的情况。上述错误一般会在数据的每个周期中出现，而时序错误则不然，通常并不是持续存在。不太严重的时序错误可能是间歇性的。这些图显示了不符合时序要求的数据捕捉的时域和频域曲线。注意，各周期的时域错误并不一致。还应注意FFT/频域的噪底有所提高，这通常表示有一位丢失，原因可能是时序对齐错误。

数据和时钟时序无效时的放大时域曲线

图15是图14所示时域时序误差的放大图。同样应注意，各周期的错误并不一致，但某些错误会重复。例如，该图中有多个周期的谷底上出现负尖峰。

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