Spartan-3 FPGA系列中高效PCB布局的LVDS信號倒相

　　輸入 DDR 示例

　　圖 6 所示為接收 DDR 方案，其中每條輸入線生成兩條可能需要倒相的內部數據線。對于Spartan-3E FPGA 的 DDR 輸入，推薦使用新型的 IDDR2 輸入觸發器結構。這種結構去除了從下降沿到下一上升沿的所有通路，從而可以使內部邏輯更容易設計。要了解有關 IDDR2 的詳情，請參閱 DS312 《Spartan-3E FPGA 系列數據手冊》。

　　以下代碼說明針對相同生成環示例的 DDR 寄存接收器情況。唯一的變化是增加了 Spartan-3E FPGA 的 IDDR2 例示。原 Spartan-3 器件需要略微不同的代碼，因為它不包含 IDDR2 結構。
所附 ZIP 文件包含完整細節（請參閱“設計文件”）。

　　Verilog 語言代碼：
.
parameter [2:0] SWAP_MASK = 3'b010;
.
.
genvar i;
generate
for (i = 0; i <= 2; i = i + 1)
begin: loop0
IBUFDS#(.IOSTANDARD("LVDS_25"), .IFD_DELAY_VALUE("0"), .DIFF_TERM("FALSE"))
ibuf_d (.I(datain_p[i]), .IB(datain_n[i]), .O(rx_input[i]));
IDDR2 #(.DDR_ALIGNMENT("C0")) fd_ioc(.C0(clkin), .C1(notclk), .D(rx_input[i]),
.CE(1'b1), .R(1'b0), .S(1'b0), .Q0(rx_input_reg[i+3]),
.Q1(rx_input_reg[i]));
assign rx_input_fix[i] = rx_input_reg[i] ^ SWAP_MASK[i];
assign rx_input_fix[i+3] = rx_input_reg[i+3] ^ SWAP_MASK[i];
end
endgenerate

　　VHDL 語言代碼：
.
constant SWAP_MASK : std_logic_vector(2 downto 0):= "010";
.
.
loop0: for i in 0 to 2 generate
ibuf_d : ibufds
generic map (IOSTANDARD => "LVDS_25", IFD_DELAY_VALUE => "0", DIFF_TERM => FALSE)
port map (i => datain_p(i), iB => datain_n(i), o => rx_input(i));
fd_d : iddr2
generic map (DDR_ALIGNMENT => "C0")
port map (c0 => clkin, c1 => notclock, d => rx_input(i), ce => '1', r => '0',
s => '0', q0 => rx_input_reg(i+3), q1 => rx_input_reg(i));
rx_input_fix(i) <= rx_input_reg(i) xor SWAP_MASK(i);
rx_input_fix(i+3) <= rx_input_reg(i+3) xor SWAP_MASK(i);

　　通過修改紅色的粗體字符，可以方便地將此機制擴展到不同的位寬。

　　在使用 DDR 技術時，位操作可能很重要。DDR 生成環示例生成一條總線，總線的低階位聚集在時鐘的下降沿，而其高階位則聚集在下一個上升沿。圖7 是 DDR 設計模擬運行的屏幕截圖，其中顯示了這種位集中現象。此模擬運行假設所有跡線都是正確的（即沒有進行引腳交換），以清楚地顯示具體位的結束位置。

　　輸出 DDR 示例

　　圖8 所示為發射器的 DDR 方案，其中每對發送數據線由 Spartan-3E FPGA 中的 ODDR2（在Spartan-3 FPGA 中是 FDDRRSE）機制進行多路復用。這種情況下，在與極性需要倒相的LVDS 輸出相關聯的每條線路中都增加了倒相器。因為這些倒相器在上述實現過程中被吸收到輸出觸發器中，所以它們不會改變電路的時序。

　　以下代碼說明生成環示例的發射器 DDR 寄存情形。原 Spartan-3 器件需要略微不同的代碼，因為它不包含 ODDR2 結構。所附 ZIP 文件包含完整細節（請參閱“設計文件”）。

　　Verilog 語言代碼：

　　parameter [2:0] SWAP_MASK = 3'b010 ;
genvar i ;
generate
for (i = 0 ; i <= 2 ; i = i + 1)
begin : loop0
OBUFDS #(.IOSTANDARD("LVDS_25"))
obuf_d (.I(tx_output_reg[i]), .O(dataout_p[i]), .OB(dataout_n[i]));
ODDR2 #(.DDR_ALIGNMENT("NONE")) fd_ioc (.C0(clkin), .C1(notclk),
.D0(tx_output_fix[i+3]), .D1(tx_output_fix[i]), .CE(1'b1), .R(1'b0),
.S(1'b0), .Q(tx_output_reg[i])) ;
assign tx_output_fix[i] = tx_output[i] ^ SWAP_MASK[i] ;
assign tx_output_fix[i+3] = tx_output[i+3] ^ SWAP_MASK[i] ;
end
endgenerate

　　VHDL 語言代碼：

　　constant SWAP_MASK : std_logic_vector(2 downto 0) := "010" ;
loop0 : for i in 0 to 2 generate
ibuf_d : obufds generic map (IOSTANDARD => "LVDS_25")
port map (i => tx_output_reg(i), o => dataout_p(i ), oB =>
dataout_n(i));
fd_d : oddr2 generic map (DDR_ALIGNMENT => "NONE")
port map (c0 => clkin, c1 => notclock, d0 => tx_output_fix(i),
d1 => tx_output_fix(i+3), ce => '1', r => '0', s => '0', q =>
tx_output_reg(i));
tx_output_fix(i) <= tx_output(i) xor SWAP_MASK(i) ;
tx_output_fix(i+3) <= tx_output(i+3) xor SWAP_MASK(i) ;
end generate ;

　　通過修改紅色的粗體字符，可以方便地將此機制擴展到不同的位寬。

　　如上所述，在使用 DDR 技術時，位操作可能很重要。DDR 生成環示例生成一條總線，總線的低階位在時鐘的下降沿上發送，而其高階位則在下一個上升沿上發送。

　　設計文件

　　本應用指南介紹的各種接收器和發射器示例的設計文件是針對所有 Spartan-3 器件和
Spartan-3E 系列器件編寫的。可從 Xilinx 網站 (xapp491.zip) 獲得 Verilog 和 VHDL 兩種語言的設計文件。所附 readme.txt 文件提供了最新詳情。

　　結論

　　用 LVDS 進行設計時，有計劃地謹慎使用 Spartan-3 FPGA 系列資源，可以大幅度降低 PCB 布局的復雜性，同時可以提高整體電路板信號的完整性。對于器件中集成的 LVDS 接收器和LVDS 發射器來說也是如此，但輸入時鐘引腳除外；輸入時鐘引腳必須具有正確的極性。