最近調試芯片遇到一個選擇題，需要決定數據接口的接口標準，是選用LVDS差分接口還是CMOS單端接口。說實話，之前接觸多的還是CMOS單端接口，只是看到過很多資料介紹過LVDS差分接口。

官方說法里，它的主要優點有：

抗干擾能力強，具有更高的數據傳輸速率

更好的信號完整性

降低了電平幅度和電路功耗

既然有這么多優點，這次我們就選用LVDS差分接口，看看我們能不能感受到LVDS的優勢。

每對LVDS信號是一個差分信號對，一個信號用兩個相反的p，n信號線表示，通過差值 |Vp - Vn|傳輸數據，這樣可以有效減小共模噪聲的干擾，信號線傳輸如下圖：



圖中含有DATA_CLK, RX_FRAME兩個LVDS信號對

而FPGA內部處理信號肯定還是需要使用單端信號，這時就需要經過一個差分轉單端的“工具”，將差分信號轉換為FPGA更方便處理的單端信號。

在Xilinx中，我們可以用IBUFDS原語，可以在Language Template中找到這個原語的示例，經過修改一番后，可以將差分的data_clk轉換為單端的data_clk， 原語如下:

IBUFDS #(
.DIFF_TERM("FALSE"), // Differential Termination
.IBUF_LOW_PWR("TRUE"), // Low power="TRUE", Highest performance="FALSE"
.IOSTANDARD("DEFAULT") // Specify the input I/O standard
) IBUFDS_inst (
.O(data_clk_tmp), // Buffer output
.I(data_clk_p), // Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
.IB(data_clk_n) // Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
);
將需要轉換的data_clk P端和N端接入IBUFDS的I和IB端口，就可以在O端口得到轉換的單端信號。

除了CLK時鐘信號，其他信號的輸入轉換基本結束了；而CLK時鐘信號還需要接入BUFG，因為CLK時鐘只有接入BUFG才能接入全局時鐘網絡，這對于減小時序問題有幫助。

同樣在Language Template中找到這個原語的示例，修改后如下:

BUFG BUFG_i0 (
.O(data_clk), // 1-bit output: Clock output, 36MHz.
.I(data_clk_tmp) // 1-bit input: Clock input, 36MHz.
);

一個輸入一個輸出，非常簡單的原語調用！

另一邊，有輸入就會有輸出，輸出的問題也好解決，同樣使用一個OBUFDS原語實現單端轉差分，在Language Template中找到原語，修改后如下：

OBUFDS #(
.IOSTANDARD("LVDS18"), // Specify the output I/O standard
.SLEW("SLOW") // Specify the output slew rate
) OBUFDS_inst (
.O(tx_frame_p), // Diff_p output (connect directly to top-level port)
.OB(tx_frame_n), // Diff_n output (connect directly to top-level port)
.I(tx_frame) // Buffer input
);

設置好相應的參數之后，將單端信號接入OBUFDS的I端口，O端口輸出差分信號的P端，OB端口輸出差分信號的N端。

最后一個小問題就是在XDC設置中，因為一個信號對有兩個管腳，比單端信號多了一倍的管腳綁定工作量；但其實我們可以只需要綁定P端的管腳，軟件會自動幫我們綁定N端的管腳。

在設置輸入輸出端口的“IOSTANDARD”中，遇到了些許問題，這里寫出來記錄一下，也讓后面遇到這個問題的人有個參考；最初設置差分信號的“IOSTANDARD”時，我想當然的使用了“LVDS”，“LVDS18”等參數，但是這些參數都不能最終生成比特流；

在查了一些資料以及Vivado本身的I/O Port界面里參數后發現，差分信號的IOSTANDARD需要這樣設置：

set_property IOSTANDARD DIFF_HSTL_II_18 [get_ports tx_frame_p]

因為我的IO電壓是1.8V，所以最終使用了“DIFF_HSTL_II_18”，如果有更好的方案，可以一起探討探討。

總結：

輸入信號需要用到IBUFDS實現差分轉單端，輸入時鐘還需要加BUFG

輸出信號使用OBUFDS實現單端轉差分

差分信號只需要綁P端管腳，“IOSTANDARD”設置需要注意

輸入輸出端口的簡單處理之后，這些信號為了提高傳輸數據的效率，還使用了DDR（Double Data Rate）技術傳輸數據，如何解決DDR問題，下一篇文章再來探討。



審核編輯：劉清