Spartan-3 FPGA: 解决LVDS信号倒相的PCB布局策略

“本文主要介绍了在Spartan-3 FPGA系列中如何高效地处理LVDS信号的PCB布局，特别是在遇到信号倒相问题时的解决方案。通过在接收器数据通路中添加倒相器，设计者可以避免大量使用过孔，同时解决因PCB迹线交换导致的问题，无需重新设计PCB。” 在Spartan-3 FPGA系列的设计中，LVDS（Low Voltage Differential Signaling）信号的正确布局至关重要，因为它直接影响到信号完整性和系统的性能。LVDS是一种高速、低功耗的差分信号传输标准，通常用于减少噪声影响和提高数据传输速率。然而，在PCB布线过程中，由于各种原因，LVDS信号的正负极引脚可能会被错误地交换，导致信号倒相，从而影响系统工作。 传统的解决方法是通过增加过孔来纠正这种倒相，但这会增加PCB的复杂性，降低信号质量，并可能导致设计成本增加。针对这一问题，本应用指南提出了一种创新的方法，即在接收器数据通路中内置一个倒相器。这样做不仅可以避免大量使用过孔，而且可以在不改变现有PCB布局的前提下解决迹线交换问题。 具体来说，如果在PCB上正极引脚错误地连接到了接收器的负极引脚，负极引脚连接到了正极，那么可以通过FPGA内部的逻辑来补偿这个倒相。Spartan-3 FPGA的结构允许设计者在接收器数据路径中插入一个倒相器，这样无论外部迹线如何交换，内部逻辑都能确保正确的信号流向。 这一技术的应用不仅限于接收器，也可以用于驱动器端。通过这种方式，设计者可以在不影响系统功能的前提下更灵活地布线，优化PCB布局，以达到最佳的信号完整性。 需要注意的是，如果设计中使用了DCM（Digital Clock Manager），这种方法只适用于数据线，而不适用于时钟线。因为时钟线的相位敏感性，交换时钟线可能会导致系统同步问题。此外，由于Spartan-3 FPGA的内部配置，用户无法直接访问用于选择真实输入或反相输入的多路复用器，它是由加载到器件的比特流初始化的。 在实际应用中，倒相器的吸收有两种情况：一是直接驱动触发器输入时，FPGA的CLB触发器D输入路径上有一个多路复用器，可以选择真实输入或反相输入；二是当倒相器后面紧跟着逻辑函数时，倒相器可以直接被逻辑门吸收，如在执行“B = ~A”之后紧接着“D = B AND C”的逻辑操作。 Spartan-3 FPGA系列通过提供内置的倒相器功能，为高速PCB设计提供了一种灵活且高效的方法，以应对LVDS信号倒相问题，降低了设计的复杂性和成本，同时保证了系统的可靠性和性能。