在低端FPGA中實(shí)現LVDS接口設計中的DPA功能

在FPGA中，動(dòng)態(tài)相位調整(DPA)主要是實(shí)現LVDS接口接收時(shí)對時(shí)鐘和數據通道的相位補償，以達到正確接收的目的。ALTERA的高端FPGA，如STRATIX(r) 系列中自帶有DPA電路，但低端的FPGA，如CYCLONE(r)系列中是沒(méi)有的。本文主要闡述如何在低端FPGA中實(shí)現這個(gè)DPA的功能。

實(shí)現架構

在LVDS輸入接收時(shí)，時(shí)鐘和數據的相位可能是不確定的，因此我們需要將時(shí)鐘的相位作出調整，使得時(shí)鐘能穩定的采集到輸入數據。工作的核心就是用鎖相環(huán)PLL的相位調整功能，產(chǎn)生若干個(gè)時(shí)鐘的不同相位，看哪些相位能準確的采集到輸入數據，然后取窗口中間的一個(gè)時(shí)鐘相位，作為正常工作時(shí)的采樣時(shí)鐘。比如通過(guò)PLL產(chǎn)生0，45，90，135，……，315度8個(gè)相移的時(shí)鐘，如果0，45，90度相移的時(shí)鐘能正確采樣到輸入，那么最后選取中間相位，即45度的時(shí)鐘作為采樣時(shí)鐘。這樣接口上具有最大的時(shí)序裕量，從而保證鏈路的可靠性。圖1為這個(gè)設計的基本結構，通過(guò)PLL調整相位的接口，產(chǎn)生了時(shí)鐘的不同相位來(lái)采集數據，最后選擇一個(gè)最合適的相位。

CYCLONE系列的PLL的相位調整接口時(shí)序如圖2所示，當用戶(hù)邏輯控制phasestep, phasecounterselect與phaseupdown信號時(shí)，PLL的輸出時(shí)鐘C0就改變一次相位。在QII生成PLL時(shí)，用戶(hù)必須選上create optional inputs for dynamic phase reconfigure，否則缺省是不會(huì )有這些管腳的，如圖3所示。另外必須在output clock tab中寫(xiě)入phase shift step resolution的值，這樣才能確定每次相位調整的步長(cháng)。

應用實(shí)例

本例中的參考設計采用CYCLONE3器件，與ADI公司的ADS5277接口，已經(jīng)在硬件上測試過(guò)，證明是有效的。ADS5277是一款8通道高速ADC芯片，主要用于超聲設備以及測試設備中。圖4是該參考設計電路框圖。

ADS5277送到FPGA的是一個(gè)192MHz的時(shí)鐘，8路LVDS數據，速率是384Mbps。上電復位后ADS5277發(fā)送的數據是‘0101010101……’，FPGA啟動(dòng)DPA電路，準確確定時(shí)鐘相位后再通過(guò)控制信號，使得ADS5277發(fā)送‘000000111111……’這樣的PATTERN，FPGA可以確定字的邊界，這一步成功以后，FPGA就可以通過(guò)控制信號讓ADS5277發(fā)送正常工作時(shí)的數據，因為經(jīng)過(guò)了時(shí)鐘相位調整這一過(guò)程，以后的數據采樣是非常穩定的，不會(huì )受到溫度電壓變化來(lái)的影響。

當然這個(gè)設計可以和所有LVDS發(fā)送芯片接口，并不只限于A(yíng)DS5277。甚至可以應用于A(yíng)LTERA高端FPGA中，比如STRATIX4的帶有DPA專(zhuān)用電路的管腳只分布在左右BANK，而用到這個(gè)設計的話(huà)，上下BANK的IO也能使用。DPA設計所消耗的邏輯資源是非常小的，選用器件為3C16F256C8, 如表1所示。