7系列FPGA非常宽的支持I/O本文介绍了以下典型的电压标准I/O电压标准及端接匹配电路:
(1)LVTTL I/O标准
(2)LVCMOS I/O标准
(3)TMDS I/O标准
(4)LVDS和LVDS_25 I/O标准
1 .LVTTL(低压TTL)
LVTTL支持的I/O bank类型如图1所示。
图1、LVTTL可用的I/O bank类型
LVTTL是一般用于3.3V在外设接口中,它使用单端COMS输入缓冲器和推拉输出缓冲器。本标准要求3.3V输出源电压(Vcco),但不需要参考电压(VREF)或端接电压(VTT)。图2显示单向LVTTL端接技术。
图2、LVTTL单向端接模式
如图2所示,上图没有端接,输出驱动器直接连接到接收器。当信号是高速信号时,我们通常会这样做PCB线路阻抗控制为50欧姆;中间图采用串行匹配,即在PCB在线串入电阻Rs,该电阻可降低信号长距离传输的振铃效应。最下面在接收器侧采用并行端接方式,在传输线末端减少信号反射以保持信号传输的完整性。对于LVTTL以上两种情况在电平中很常见。
图3显示双向LVTTL I/O端接方式。
图3、LVTTL双向端接模式
LVTTL如图4所示,该标准只能在HR I/O banks中可用。
图4、LVTTL I/O标准可用属性
2 .LVCOMS(低压CMOS)
LVCMOS可用的I/O bank类型如图5所示。
图5、LVCMOS I/O可用的bank类型
7系列FPGA支持的LVCMOS标准:LVCMOS12、LVCOMS15、LVCMOS18、LVCMOS25和LVCMOS33。这几种LVCMOS I/O标准支持的输出驱动电流不同。单向和双向LVCOMS端接方式和LVTTL类似地图6和图7分别举例单向和双向。LVCOMS端接方式。
图6、LVCMOS单向端接模式
图7、LVCMOS双向端接模式
LVCMOS25和LVCMOS33 I/O标准只能在HR I/O bank其编程属性如图8所示。
图8、LVCMOS25和LVCMOS33 I/O编程属性
LVCMOS18 I/O标准在HR和HP bank中都可以应用,它们的编程属性如图9所示。
图9、LVCMOS18 I/O标准编程属性
LVCMOS15 I/O标准在HR和HP bank它们的编程属性如图10所示。
图10、LVCMOS15 I/O标准编程属性
LVCMOS12 I/O标准在HR和HP bank它们的编程属性如图11所示。
图11、LVCMOS12 I/O标准编程属性
3 .TMDS
TMDS支持的I/O bank类型如图12所示。
图12、LVTTL可用的I/O bank类型
TMDS是一种差分I/O标准,用于DVI和HMDI实现高速串行数据流传输的视频接口。TMDS标准。这个标准只能在HR I/O bank应用,要求bank。TMDS I/O如图13所示,编程属性。
图13、TMDS I/O编程属性
4 .LVDS和LVDS_25
LVDS在许多应用中使用7系列作为高速接口FPGA I/O LVDS接口兼容EIA/TIA电气特性要求。IOB在点对点应用中,可以消除外出源端接电阻,简化内部支持可选的内部差分端接PCB设计。
LVDS I/O标准只在HP I/O bank中可用。LVDS输出和输入要求Vcco供电为1.8V,端接属性可选于内部DIFF_TERM。LVDS_25 I/O标准只在HR I/O bank中可用。LVDS_25输出和输入要求Vcco供电为2.5V,端接属性可选于内部DIFF_TERM。可用I/O bank类型如图14所示。
图14、可用的I/O bank类型
7系列FPG发送端不需要外部端接。图15给出LVDS电流驱动器允许编程属性。
图15、LVDS电流驱动器允许编程属性
图16和图17显示LVDS和LVDS_25接收器差异端接例。
图16、LVDS或LVDS_25接收器外端接
图17、LVDS或LVDS_25接收器内部端接
在I/O bank中允许有LVDS和LVDS_25两种,输出必须满足要求的电压(LVDS要求1.8V输出电压,LVDS_25要求2.5V输出电压)不能同时输出两个电平,必须满足以下规则:
- 内部端接DIFF_TERM属性必须设置为FALSE(默认值);
- 输入管脚差输入信号必须满足器件手册VIN以及Vidiff要求;
- 对于HR I/O必须端接必须用于双向配置。
图18给出了满足上述要求的端接方法。图中使用外部端接100Ω,四偏置电阻值必须相同,电阻范围为10k~100k,AC耦合电容为100nF。所有阻容器件必须靠近FPGA输入管脚。
图18.输入差分时钟AC耦合和DC偏置电路