通常情況下,模擬輸入信號通過高速ADC的量化輸出的數字信號需要交給FPGA進行處理。如果高速ADC采用LVDS輸出,那么經量化處理過的數字信號將會有非常多的LVDS數據差分對。而LVDS數據接收端,接收到的LVDS差分數據對相互之間可能會存在非常小的一個時間差異,該時間差異往往是皮秒級別的,而隨著高速ADC采樣率的提升,目前大多數的高速ADC采樣速率已經達到GSPS級別。
因此皮秒級別的時間差異也會對采集到的數據產生影響。這種情況的發生,往往可能是由于LVDS數據差分對走線長度的不匹配所造成的,這種數據傳輸中的時間差異對于高速數據傳輸來說,可能會造成某些數據位的值發生變化,這就相當于向FPGA提供了錯誤的ADC數據。
因此,無論是在高速ADC芯片的測試評估還是在其應用當中,對這些數據傳輸所造成的時間差異均要進行預先的處理。
數據傳輸差異的處理
對于數據傳輸的時間差異可以有兩種方式來解決,一種方法是通過ADC本身的LVDS特性來改變LVDS數據傳輸的延遲,這通常與LVDS的輸出時鐘有關。另外一種方法是使用FPGA內部的延遲功能來實現。
ADC內部延遲
對于ADC的LVDS數據輸出,可以通過ADC內部集成的某些控制來改變輸出時鐘沿,從而達到傳輸延遲的目的。這種方式,不能做到有選擇的對特定的LVDS數據差分對進行專門的延遲,但是,只是改變輸出時鐘沿是可行的。這將有助于改變所有LVDS數據差分對相互之間的傳輸時間關系。
FPGA內部延遲
另一種解決數據傳輸時間差異的方式,是通過調節FPGA內部的延遲特性,FPGA對于每個LVDS差分對都有一個延遲單元。FPGA中有稱之為IDELAY的一個延遲單元,它可以來用對每個LVDS數據差分對分別進行延遲調節。FPGA的IDELAY非常靈活,可以在ADC輸出到FPGA之間的任何一對LVDS差分對之間進行調節。同樣,由ADC本身所帶來的LVDS數據差分對的時間偏離,也可以通過FPGA的IDELAY延遲單元來進行補償。
IDELAY延遲單元的使用并不是必須的,除非板卡設計和布局并沒有進行數據對的長度匹配。
Pattern功能檢查數據傳輸錯位
為了進行設置和保持時間的驗證,系統設計人員可以采用測試模式來生成可以在FPGA中驗證的特定Pattern。在測試模式下,可以使用用戶自定義的Pattern對每個上升沿和下降沿進行位翻轉。這是用來測試FPGA和ADC的LVDS數據接口之間傳輸狀況的最好方法。
這種測試方法確定了ADC和FPGA之間傳輸的好壞。如果測試模式數據傳輸完美的匹配每個時鐘周期的測試pattern的位翻轉,那么對于實際輸入的設置和保持時間即是可信的。如果測試模式通過,則可以認為ADC的LVDS數據和FPGA之間的傳輸是合適的。
數據傳輸的調整
在pattern測試模式下,生成的眼圖的連續的。因此,任何一個眼圖窗口都可以用來對數據傳輸進行校準。
FPGA內部的IDELAY單元可以對輸出傳輸進行微調,以防止由于PCB的走線或FPGA本身代碼編譯時的時間約束,造成的數據線之間的傾斜。
對于大多數高速ADC來說,測試pattern和數字化輸入數據都來自同一個LVDS串行模塊,這個模塊可以維護輸出時鐘和輸出數據之間的時間關系,因此,測試pattern和正常輸入的數字化數據之間沒有什么差異。但是,如果由于板卡走線,造成輸出數據行之間有一定數量的耦合。那么,如果測試pattern和實際輸入信號量化的數據不同于輸出翻轉的pattern,時間可能會略有不同。
數據傳輸調整的基準
通常情況下,每一個ADC的LVDS數據差分對都可以用來作為數據傳輸調整的基準,并以此作為其他LVDS數據差分對的參照來進行微調。
由于數據傳輸的差異,測試pattern生成的眼圖并不一定會是從一個完整的眼圖起始。因此,如果采用第一個眼圖來進行校準,可能會出現所有LVDS數據輸出差分對得窗口不相一致。所以,第二個眼圖窗口將會是建議的首選,該眼圖必然是完整的采樣窗口。
確定采樣窗口
通常情況下,每對LVDS差分數據的傳輸延遲相差不會太大,因此,我們只需要對第一對LVDS差分數據進行分析。如前文所述,第一個眼圖有可能是不完整的眼圖,因此,我們選擇第二個眼圖作為參考。
確定調整起始值
將第一對LVDS差分輸出的第二個眼圖的開始時間值作為參考,當作其他所有LVDS差分數據采樣窗口掃描的起始值,對所有的LVDS差分數據進行掃描。并與該參考值進行比對,計算出每對LVDS差分數據延遲值,并將該延遲通過IDELAY單元加在ADC的LVDS數據差分輸出和FPGA之間。
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原文標題:高速AD中的LVDS和FPGA
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