原创 高速LVDS接口信号完整性处理实例

一、系统介绍

EMCCD相机由图像传感器、驱动电路、FPGA（Spartan-3）、LVDS接口和电源等组成。LVDS输出接口使用2片DS92LV1021，每片实现10bit并行数据到1路串行LVDS的转换（即串行调制，Ser），其中1片转换10bit图像数据，1片转换行（H）、场（V）同步，统一使用像素时钟（25MHz）调制，LVDS串行速率为25x10=250MHz。

图像输入使用配套的2片DS92LV1210完成LVDS到并行数据的转换（即解串，Deser）,送FPGA（Virtex-5）预处理后，由CameraLink接口输出至标准PCI CameraLink图像采集卡。

二、故障现象

观察图像有抖动现象，实测图像采集卡的H、V信号有干扰脉冲，往前测试发现1片DS92LV1210解码芯片有时“失锁”，即其Locked输出上有脉冲（正常一直为低电平！）。

三、问题分析

这套采集系统以前使用普通CCD相机是都是正常的，这次换成EMCCD相机后才出现这个问题， 其主要区别是EMCCD相机有1MHz的幅度达45V以上的高压CCD驱动脉冲ΦHV，事实上只要关掉高压脉冲（这样CCD没有图像输出），使用FPGA中产生的测试图像，Locked、H和V信号就都正常了，说明问题就是这个ΦHV给LVDS输出通道所造成的EMI干扰（传导或辐射）引起的。

由于LVDS接口已使用双绞线并加了屏蔽，只能从数据源上找问题，用示波器观测FPGA送给DS92LV1021的并行数据（10bit图像、H、V和像素时钟等），发现打开、关闭ΦHV时其上升/下降沿有变化，说明这些信号抗干扰能力较弱，即信号的完整性有问题。

四、解决办法

对于FPGA来说，要提高输出脉冲沿的抗干扰能力，可修改引脚的Slew Rate和Drive Current（或Drive Strength），而Drive Current与I/O电平标准有关，下图是Xilinx Spartan-6的相关数据表。

（来源：Spartan-6 FPGA SelectIO 用户指南P31）

FPGA  I/O口的Slew Rate有Fast或Slow两种，Drive Current从2mA~24mA，都可在约束文件中设定，缺省值为：Slew Rate=Slow，Drive Current=12mA，I/O电平=LVCMOS25。

通过将FPGA输出的所有并行数据的Drive Current提高到24mA，问题解决。

总结：Fast Slew Rate + 大的Drive Current + 高的I/O电平，抗干扰能力越强，同时，其所产生的EMI信号也越强（干扰其它电路），具体取舍应根据系统实际情况来定。