Xilinx 7系FPGA LVDS使用要注意了，供电不能搞错

源|https://blog.csdn.net/lxm920714/article/details/107942572

最近新做了一块板子，用到Spartan 7芯片对前级视频源叠加OSD菜单，前级会将HMDI转成LVDS送给FPGA处理，在原理图设计阶段没有仔细阅读fpga手册，导致LVDS BANK供电错误，应该接2.5V，实际接3.3V，且BANK供电没有用磁珠隔开，整板3.3V铺在一个平面，导致fpga lvds无法工作。搜集了相关资料，这里做下小结，避免后续再犯类似错误。

1、HR和HP banks基本介绍

Xilinx的7系列FPGA有两种IO Bank：HP（High Performace）和HR（High Range）。HP（high-performance）I/O banks的设计目的是为了获取更高的Memory及chip-to-chip间的传输速率；而HR（high-range）I/O banks的设计目的是为了更宽的I/O电平标准。两种BANK的IO口电压不同,其中HR I/O Banks的VCCO电压最大为3.3V,HP I/O banks的VCCO电压最大为1.8V。特别是初次使用7系列时，在硬件设计中特别要注意它们I/O口的最大工作电压，一不注意就会把电压搞错，导致FPGA不能正常工作。

2、HR和HP banks的LVDS电平

当两个banks的I/O口作为LVDS电平时，HR banks的I/O电压VCCO只能为2.5V，HP banks的I/O口电压为1.8V。两个banks支持LVDS的标准不同，HR I/O banks的I/O只能分配LVDS_25标准，HP分配为LVDS标准。

LVDS_25的直流特性如下表所示。

LVDS的直流特性如下表所示。

对比上述两表可知，虽然LVDS_25和LVDS的bank的工作电压不同，但是LVDS电平的直流特性一样。高速AD/DA的LVDS工作电压一般为1.8V，在初次使用7系列时，一些硬件工程师可能担心：HR bank的工作电压为2.5V，那么HR bank的LVDS是否可以直接连接工作电压为1.8V的AD/DA的LVDS接口，通过查看它们LVDS的直流特性，可知可以放心的直接连接。

3、HR banks电压接错LVDS还能使用吗

正如上述所描述，初次使用7系列的硬件工程师，需要把1.8V工作电压AD/DA的LVDS接口连接到FPGA时，设计人员把FPGA HR banks的I/O口电压VCCO直接设计跟AD/DA I/O一样的电压为1.8V，由于没有仔细查看FPGA的数据手册，导致设计存在缺陷。当电路板加工、贴片回来才知道设计有问题时，心里肯定忐忑不安，这样低级错误领导肯定得盘我了。此时，千万别慌张，不要想着立马重来一版，想着如何可以弥补，即使不能保证完全可用，也至少得验证一些功能，让此版电路板有所价值，不能做出一版废的电路板，这是大部分硬件工程师的愿望。笔者遇到过此问题，验证过即使HR I/O电压设计为1.8V,同样可以作为LVDS使用。也通过咨询过Xilinx官方技术人员，I/O电压主要影响LVDS的阻抗匹配。那么电压不对就无法保证LVDS速率达到理论速率，具体能到多少速率那就看自己的“人品”了。

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xilinx 7系列芯片不再支持LVDS33电平，在VCCO电压为3.3V的情况下无法使用LVDS25接口。

有些设计者想通过在软件中配置为LVDS25，实际供电3.3V来实现LVDS33也是无效的，原因是xilinx 7系列芯片在IO配置方面增加了过压保护，因而无法通过欺骗综合软件的方式强行配置IO，具体参见

 7-Series SelectIO Resources Guide（https://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug471_7Series_SelectIO.pdf）, page 100, Note 2 states:

"if the voltage exceeds 2.85V, the outputs will be in a high-Z state. The device should always be operated within the recommended operating range as specified in the 7 series FPGA data sheets."

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虽然在VCCO为3.3V情况下无法输出LVDS25，但可以作为输入进行使用，具体参见AR#43989 https://www.xilinx.com/support/answers/43989.html

即使VCCO电平不是1.8V，在HP I / O bank中也可以使用LVDS输入。LVDS输出（因此双向LVDS）只能用于1.8V供电的组。

同样，即使VCCO电平不是2.5V，也可以在HR I / O bank中使用LVDS_25输入。LVDS_25输出（因此双向LVDS_25）只能用于2.5V供电的bank。

查了上述说法之后，我们自己试验下：

实验验证：

Bank14为HR Bank，差分输入以及差分输出使用LVDS电平：

提示说明，LVDS电平不支持HRbank。

差分输入以及差分输出使用LVDS25电平：

提示VCCOs矛盾，输出差分时钟sys_clk_out_p，要求VCCO=2.5V，但对输入并没有这种要求。

验证了：

即使VCCO电平不是1.8V，在HP I / O bank中也可以使用LVDS输入。LVDS输出（因此双向LVDS）只能用于1.8V供电的组。

同样，即使VCCO电平不是2.5V，也可以在HR I / O bank中使用LVDS_25输入。LVDS_25输出（因此双向LVDS_25）只能用于2.5V供电的bank。

官方更详细说明：

1、Xilinx Customer Community

https://www.xilinx.com/support/answers/43989.html

2、Xilinx Customer Community

https://forums.xilinx.com/t5/Design-Entry/spartan7-power-wiring-LVDS-25/m-p/984802

//补充说明：FPGA中的 LVDS LVDS33 LVDS25

这仅仅是一种命名，对于XILINX FPGA来说，LVDS25意味着bank的供电电压VCCO采用的是2.5V，LVDS33意味着bank的供电电压VCCO采用的是3.3V，只是在代码中使用LVDS信号时，需要将管脚分别约束为LVDS25和LVDS33。但是！！FPGA引脚输出的LVDS电平都是标准LVDS电平，一般共模电压在1.25V，摆幅是350mV。下图是FPGA官方给出的ds926手册，可以看到LVDS25和LVDS真的只是VCCO不同而导致的命名不同，但FPGA引脚输出的电平都是标准LVDS。

这就会导致一些问题，经常会有人问LVDS25、和LVDS33以及LVDS的芯片（或者FPGA约束）到底能不能兼容？答案是可以的，因为现在市面上正常情况下大部分公司的产品就只会用一种标准的LVDS电平，也就是上述所说的。因此，在这次和对外对接的时候，对方的LVDS芯片使用的是3.3V供电电压，对方就说是自己的标准是LVDS33，而我这边FPGA是在HP BANK产生的LVDS信号，刚开始我也以为不兼容，但查看了网上的资料和对方使用的芯片的手册，也就发现了这个问题。一个小小的LVDS电平问题，直到今天遇到了问题才了解明白。

区别仅在于零件的内部。

LVDS33需要3.3V Vcco，LVDS25需要2.5 Vcco（或者对于较新的部件，它可能使用Vccaux）。

引脚上的信号接口是相同的。

即两种情况下的电压摆幅和共模电压相同，因此您可以将其视为LVDS。