基于FPGA的LVDS內(nèi)核設(shè)計(jì)及其外圍電路設(shè)計(jì)

　　FPGA的設(shè)計(jì)中，發(fā)送及接收FIFO的設(shè)計(jì)用了雙口快內(nèi)存（Block RAM），時(shí)鐘倍頻器用了延遲鎖定環(huán)（DLL）。幀解碼器由30位并行數(shù)據(jù)產(chǎn)生器、同步字檢測(cè)陣列和接收狀態(tài)機(jī)組成。以下重點(diǎn)介紹幀編碼器和串化器的設(shè)計(jì)。

　?。?）幀編碼器的VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)

　　幀編碼器包括一個(gè)長(zhǎng)為256的計(jì)數(shù)器和一個(gè)四狀態(tài)的單熱點(diǎn)狀態(tài)機(jī)，用以產(chǎn)生同步幀和數(shù)據(jù)幀。部分代碼如下：

　　PROCESS（RESET，CLK） //產(chǎn)生長(zhǎng)256的計(jì)數(shù)器

　　IF RESET='1'THEN COUNT=0；

　　ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN COUNT=（COUNT+1）MOD 256；

　　END PROCESS；

　　TC='1'WHEN COUNT=255 ELSE '0';

　　TYPE STATE_TYPE IS（IDLE，PACK1，PACK2，TRANSMIT）；

　　SIGANL SREG：SETAT_TYPE；

　　RPOCESS（CLK，RESET） //狀態(tài)機(jī)進(jìn)程

　　IF CLK'EVENT AND CLK='1'THEN

　　IF RESET=1 TEHE SREG=IDLE ELSE

　　CASE SREG IS

　　WHEN IDLE=>

　　IF SEND_UD='1'THEN SREG=TRANSMIT； //空閑狀態(tài)如有發(fā)送命令，即轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)

　　ELSE SREG=PACK1； //否則，發(fā)送填充字1

　　WHEN PACK1=>

　?。ê舐裕?/p>

　?。?）串化器的原理設(shè)計(jì)

　　串化器由多級(jí)嵌套的子圖和若干宏模塊組成，原理圖的頂層圖如圖4所示。四個(gè)四位并入串出寄存器將16位并行數(shù)據(jù)拆分為四組串行數(shù)據(jù)，其中的奇數(shù)位和偶數(shù)位分別通過(guò)一個(gè)雙數(shù)據(jù)速率寄存器，得到兩個(gè)差分信號(hào)，同時(shí)用另一個(gè)雙數(shù)據(jù)速率寄存器產(chǎn)生與之同步的差分時(shí)鐘。其中，雙數(shù)據(jù)速率寄存器為時(shí)序敏感器件，其內(nèi)部主要部分都加入了時(shí)序特性限制，如最大時(shí)滯（maxdelay）、最大抖動(dòng)（maxskew），并用FMAP控件強(qiáng)制性地把相關(guān)信號(hào)放入同一個(gè)函數(shù)產(chǎn)生器中。

圖4 串化器原理圖

　　3 硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　①BLVDS信號(hào)的偏置電壓為1.25V，電壓擺幅只有350mV，傳輸速率≥100Mb/s；因此，電路板制作至關(guān)重要，要求至少使用四層板。

　?、跒槭垢蓴_信號(hào)只以供模方式加到差分線對(duì)上（不影響數(shù)據(jù)正確性），要求差分線對(duì)間的距離盡可能小。BLVDS標(biāo)準(zhǔn)要求差分阻抗為100Ω

　　給出。其中，ZDIF為差分線對(duì)的差分阻抗，εR為印制板介電常數(shù)，δ為信號(hào)層到電源層的厚度，b為導(dǎo)線寬度。本電路選用的線距及線寬均為0.18mm。

　?、劭紤]到阻抗不匹配引起的信號(hào)反射和導(dǎo)線的電導(dǎo)效應(yīng)，要求XCV50E芯片的差分引腳盡可能地靠近子卡的邊緣連接器（≤1.52cm），并給每個(gè)差分引腳串聯(lián)一個(gè)20Ω的貼片電阻。

　　④電源方面：Virtex芯片上電時(shí)要求有大于500mA的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)，由于多個(gè)輸出引腳的電位快速變化，要求每對(duì)電源和地引腳都要良好旁路。公式：


4 結(jié)論

　　當(dāng)使用40MHz的外部時(shí)鐘時(shí)，BLVDS總線上的傳輸速率為120Mb/s，成功實(shí)現(xiàn)了多個(gè)通信子卡間的高速數(shù)據(jù)通信。現(xiàn)在，我們正將該通信系統(tǒng)移植到我單位與勝利油田聯(lián)合研制的SL-6000型高分辨率綜合測(cè)井系統(tǒng)上。