Agilent LVDS传输系统测试方案

　　LVDS是低压差分信号的简称，由于其优异的高速信号传输性能，目前在高速数据传输领域得到了越来越多的应用。其典型架构如下：

　　

 

　　一般LVDS的传输系统由FPGA加上LVDS的Serdes芯片组成， LVDS的Serializer芯片把FPGA的多路并行数据通过时分复用的方法变成较少路数、较高速率的串行LVDS信号进行传输，接收端的de-Serializer芯片再把接收到的串行LVDS信号解成多路并行数据。其好处在于FPGA通过外挂的LVDS芯片可以方便可靠地以高速率把内部数据传输出去，如NS、TI等公司大量提供这种LVDS的Serdes芯片。

　　对于LVDS系统的测试，主要涉及以下几个方面：

　　1/ FPGA内部逻辑和并行接口测试，用于保证数据处理和控制的正确性;

　　2/ 高速串行LVDS信号质量测试，用于保证LVDS信号的正确传输;

　　3/ 高速互连电缆和PCB的阻抗测试，用于保证传输链路的信号完整性;

　　4/ 系统误码率测试，用于验证系统实际传输的误码率;

　　下面就几个方面分别介绍：

　　1/ FPGA内部逻辑和并行接口测试，用于保证数据处理和控制的正确性;

　　传统上的FPGA内部信号调试有2种方法：直接探测和软逻辑分析仪的方案。

　　直接探测的测试方法:

　　是通过在逻辑代码里定义映射关系，把内部需要调试的信号映射到外部未使用的I/O管脚上，通过相应PCB走线和连接器把这些I/O管脚的信号引出，再送给逻辑分析仪做信号测试和分析仪。

　　这种方法的好处是简便直观，可以利用逻辑分析仪的触发和存储功能，同时信号的时序关系都得到保留;但缺点在于FPGA内部要探测的信号节点很多，而外部的未用I/O数量是有限的，因此调试完一组节点后需要修改逻辑代码中的映射关系到另一组节点，并重新综合、布线，当工程比较复杂时综合、布线等花的时间非常长，所以对于比较复杂的设计测试效率比较低。

　　软逻辑分析仪的方案:

　　是FPGA厂家提供的一种测试方案，其原理是在FPGA逻辑代码设计阶段或综合完成后在工程中插入一个软逻辑分析仪的核，软逻辑分析仪的核需要占用一定的块RAM资源，可以用工作时钟把内部信号信号采集到块RAM里，采完以后再通过FPGA的JTAG接口把块RAM里的数据读到外部PC上显示波形。这种方案的好处是只需要外部PC就可以完成测试，不用占用额外I/O，同时如果代码没有变化的话可以不用重新综合，但是使用也有一定的限制，比如会占用比较多块RAM，记录波形长度和触发功能有限，由于内部时钟先作采样造成信号的时序关系丢失等。

　　为了解决目前FPGA调试中面临的问题，Agilent做为业界领先的测试仪器生产厂商，和业界领先FPGA厂商合作共同推出了动态探头的FPGA调试方案。动态探头的方案可以支持Agilent的逻辑分析仪，也可以支持混合信号示波器，比如Agilent的MSO9000系列.

　　下面以Xilinx的FPGA调试来举例说明。动态探头的工作原理也是在FPGA设计阶段用开发工具，比如Xilinx的Chipscope在FPGA代码综合完成后插入一个ATC2(Agilent Trace Core-2)的IP core，把内部信号映射到ATC2 core的输入端，然后布线映射生成bit文件下载到FPGA内，整流程和软逻辑分析仪的设计流程非常类似。

　　但是相对于软逻辑分析仪的方案，这个core的功能相对简单，基本功能相当于一个可以被JTAG命令控制的多路复用器，因此其仅占用很少的逻辑布线资源。目前Agilent的逻辑分析仪以及9000系列示波器都是基于windows和PC平台的，因此可以用逻辑分析仪或示波器的USB或并口来控制JTAG电缆完成bit文件下载和信号组的选择。FPGA的I/O输出的信号可以通过逻辑分析仪的探头捕捉测量,FPGA强大的采样、触发和存储功能可以支持非常复杂的信号分析。下面是一个调试的组网图。

　　

 

　　由于测试工程师可能要探测的信号已经都事先送到了ATC2 Core的输入端，因此再调试阶段只需要在逻辑分析仪或混合信号示波器的操作界面里选择不同组的信号即可直接把信号送出，当完成一个模块调试后不用再修改任何代码和映射关系即可直接选择另一个模块的信号输出进行调试。由此可见，这种调试方法结合了以前两种调试方法的优点，把仪器强大的采样、触发、存储功能和软核的灵活性结合起来，在实现FPGA内部信号有效探测同时大大提高了调试效率。

　　2/ 高速串行LVDS信号质量测试，用于保证LVDS信号的正确传输;

　　传统的并行式数据通信，即多通道数据与时钟分别传送，往往因为传输路径不一致而产生建立与保持时间违反。当速度增加的时候，准确控制传输时延显得异常的困难，因此今天新型的数据通信都已经是串行了。从并行到串行的改变除了数据速率的提高以外，对于测试方法也提出了新的要求。

　　LVDS采用多对高速差分信号传输数据，数据速率可以从几百Mbps至几个Gbps。为了保证高速信号的传输，LVDS使用差分线提供双向数据收发，因此可以用比较小的信号摆幅提供更高的传输速率，而且差分线本身具有更好的抗干扰能力和更小的EMI，可以支持更长的电缆传输。由于LVDS的信号速率比较高，因此要对LVDS信号进行可靠的探测，对于示波器和探头的要求也非常高，通常测量要求使用2.5G~4G带宽的示波器。Agilent的DSO9000系列示波器由于具有很小的底噪声和触发抖动，平坦的带内频响特性和很小的Return Loss，因此非常适合于进行象LVDS这样的高速信号的测量。同时Agilent的DSO9000系列示波器还具有业内最深的存储深度(通道的内存可以到1Gpts)，适合用于复杂事件的记录和分析。