PANGO的IOB的电平能力那些事

文章详细介绍了LVCMOS、LVTTL、SSTL、HSTL等数字逻辑电平标准,包括电压阈值、浮游态电平范围和输出级特性。特别强调了DDR3接口的设计要点,如VREF电压、Bank分布、布线规则以及信号对齐策略。同时提到了其他高速接口如HSST、LVDS等的标准和使用注意事项。

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LVCMOS33
如果要使用33电平,VCCIO则必须供电3V3.
在此制式下,VILMAX为0.8V,VIHMIN为2.0V,即,电平处于0.8V到2.0V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的每个4mA单元,阻抗100欧。

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LVTTL33
如果要使用33电平,VCCIO则必须供电3V3.
在此制式下,VILMAX为0.8V,VIHMIN为2.0V,即,电平处于0.8V到2.0V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.4V,VOHMIN是2.4V,折算下来,输出级的每个4mA单元,阻抗100欧。

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LVCMOS25
如果要使用25电平,VCCIO则必须供电2V5.
在此制式下,VILMAX为0.7V,VIHMIN为1.7V,即,电平处于0.7V到1.7V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的每个4mA单元,阻抗100欧。

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LVCMOS18
如果要使用18电平,VCCIO则必须供电1V8.
在此制式下,VILMAX为0.35VCCIO即0.6V,VIHMIN为0.65VCCIO即1.2V,即,电平处于0.6V到1.2V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的每个4mA单元,阻抗100欧。

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LVCMOS15
如果要使用15电平,VCCIO则必须供电1V5.

在此制式下,VILMAX为0.35VCCIO即0.5V,VIHMIN为0.65VCCIO即1V,即,电平处于0.5V到1.0V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的每个4mA单元,阻抗100欧。

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LVCMOS12
如果要使用12电平,VCCIO则必须供电1V2.
在此制式下,VILMAX为0.35VCCIO即0.4V,VIHMIN为0.65VCCIO即0.8V,即,电平处于0.4V到0.8V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的每个4mA单元,阻抗100欧。

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SSTL18
用于1V8的DDR。需要0.9V的VREF,1V8的VCCIO,0.9V的VTERM,三个电压。

如果要使用18电平,VCCIO则必须供电1V8.

在此制式下,VILMAX为VREF-0.125V,VIHMIN为VREF+0.125V,即,电平处于VREF-0.125V到VREF+0.125V之间时,处于浮游态。

SSTL18的I型和II型,区别在于输出级,
对于I型,
VOLMAX是0.5VCCIO-0.47V,即0.4V,VOHMIN是0.5VCCIO+0.47V,即1.4V,折算下来,输出级的8mA单元,阻抗50欧。
对于II型,
VOLMAX是0.5VCCIO-0.6V,即0.3V,VOHMIN是0.5VCCIO+0.6V,即1.5V,折算下来,输出级的13.4mA单元,阻抗22欧。

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SSTL15
用于1V5的DDR。需要0.75V的VREF,1V5的VCCIO,0.75V的VTERM,三个电压。

如果要使用15电平,VCCIO则必须供电1V5.

在此制式下,VILMAX为VREF-0.1V,VIHMIN为VREF+0.1V,即,电平处于VREF-0.1V到VREF+0.1V之间时,处于浮游态。

SSTL15的I型和II型,区别在于输出级,
对于I型,
VOLMAX是0.5VCCIO-0.175V,即0.575V,VOHMIN是0.5VCCIO+0.175V,即0.925V,折算下来,输出级的8.9mA单元,阻抗64欧。
对于II型,
VOLMAX是0.5VCCIO-0.175V,即0.575V,VOHMIN是0.5VCCIO+0.175V,即0.925V,折算下来,输出级的13mA单元,阻抗44欧。

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SSTL135
用于1V35的DDR。需要0.675V的VREF,1V35的VCCIO,0.675V的VTERM,三个电压。

如果要使用135电平,VCCIO则必须供电1V35.

在此制式下,VILMAX为VREF-0.1V,VIHMIN为VREF+0.1V,即,电平处于VREF-0.1V到VREF+0.1V之间时,处于浮游态。

SSTL15的I型和II型,区别在于输出级,
对于I型,
VOLMAX是0.5VCCIO-0.15V,即0.525V,VOHMIN是0.5VCCIO+0.15V,即0.825V,折算下来,输出级的8.9mA单元,阻抗59欧。
对于II型,
VOLMAX是0.5VCCIO-0.15V,即0.525V,VOHMIN是0.5VCCIO+0.15V,即0.825V,折算下来,输出级的13mA单元,阻抗40欧。

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DDR3

支持DDR3的bank分布在芯片的左右两侧。
注意,系统时钟输入,必须和DDR3同在一侧,要么在左侧,要么在右侧。减少布线长度。
系统时钟的输入,推荐和DDR3的ADDR/CTRL,在同一个bank上。

每个bank需要一个VREF电压。
推荐使用电源芯片生成,如果精度要求不高,可以使用两个1K电阻分压生成,

CK必须连接到ADDR/CTRL所在的BYTEGROUP的某个PN对上。

DQS必须连接到DQS的专用管脚。

DQ和DQM,必须连接到对应的DQS所在的BYTEGROUP中去。

单侧的DDR3接口,最多只能分布到相邻的3个bank。
如果使用了相邻3个bank,ADDR/CTRL必须位于中位的bank。所有的ADDR/CTRL必须位于同一个Bank。

用作DQ和DQM的BYTEGROUP中,不能放置ADDR/CTRL。

BYTEGROUP内的信号,可以任意调换。
BANK内的BYTEGROUP,可以整体调换。

Bank内,有两个单端IO,这两个单端IO,可以用作放置ADDR/CTRL。

补充:
FlyBy结构布线要点:

CK差分信号,是基准信号。对内等长,控制在5mil.差分阻抗,控制在100欧。过孔换层,需要加伴随地孔。
CK分段等长,主干线,最长到2000mil。分支线,最长120mil。

ADDR/CTRL信号,长度以CK为基准,推荐长度差控制在200mil以内。

DQS差分信号,是关键信号。对内等长,控制在5mil.差分阻抗,控制在100欧。过孔换层,需要加伴随地孔。
同一个DQS的分组中,DQ线以DQS为基准,控制等长。组内等长,控制在50mil以内。
总长控制在1500mil以内。

为了降低SSN,不同组的DQS,要做组间差长处理。例如,DQ1和DQ3确定一个长度,DQ2和DQ4确定另一个长度,二者相差200mil。

CK和首位DQS之间,要做对间差长处理。CK必须比首位DQS要长一些,不能短于首位DQS。差长应控制在0.25TCLK以内。
推荐差长为200mil或者300mil。

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HSTL18
用于1V8的HSBUS。需要0.9V的VREF,1V8的VCCIO,0.9V的VTERM,三个电压。

如果要使用18电平,VCCIO则必须供电1V8.

在此制式下,VILMAX为VREF-0.1V,VIHMIN为VREF+0.1V,即,电平处于VREF-0.1V到VREF+0.1V之间时,处于浮游态。

HSTL18的I型和II型,区别在于输出级,
对于I型,
VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的8mA单元,阻抗50欧。
对于II型,
VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的16mA单元,阻抗25欧。

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HSTL15
用于1V5的HSBUS。需要0.75V的VREF,1V5的VCCIO,0.75V的VTERM,三个电压。

如果要使用15电平,VCCIO则必须供电1V5.

在此制式下,VILMAX为VREF-0.1V,VIHMIN为VREF+0.1V,即,电平处于VREF-0.1V到VREF+0.1V之间时,处于浮游态。

HSTL15的I型和II型,区别在于输出级,
对于I型,
VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的8mA单元,阻抗50欧。
对于II型,
VOLMAX是0.4V,VOHMIN是VCCIO-0.4V,折算下来,输出级的16mA单元,阻抗25欧。

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HSUL12
用于1V2的HSBUS。需要0.6V的VREF,1V2的VCCIO,0.6V的VTERM,三个电压。

如果要使用12电平,VCCIO则必须供电1V2.

在此制式下,VILMAX为VREF-0.13V,VIHMIN为VREF+0.13V,即,电平处于VREF-0.13V到VREF+0.13V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.2VCCIO,即,0.24V,VOHMIN是0.8VCCIO,即0.96V,折算下来,输出级的0.1mA单元,阻抗2K4。

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LPDDR3

如果要使用该电平,VCCIO则必须供电1V2.
在此制式下,VILMAX为0.2VCCIO,,即0.24V,VIHMIN为0.8VCCIO,即0.96V,即,电平处于0.24V到0.96V之间时,处于浮游态。

VOLMAX是0.1VCCIO,即,0.12V,VOHMIN是0.9VCCIO,即1.08V,折算下来,输出级的0.1mA单元,阻抗1K2欧。

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LVDS25

如果要使用该电平,VCCIO则必须供电2V5.
VICM为1.2V,VIDMIN为100mv,VIDTYP为350mv。

VOCM为1.25V,即0.5VCCIO。
VODMIN为250mv,VODTYP为350mv。

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BLVDS
如果要使用该电平,VCCIO则必须供电1V8或者2V5.
VICM为1.2V,VIDMIN为100mv。

VOCM为1.25V。
VODMIN为100mv。

BLVDS,
伪差分输出制式。用两个LVCMOS进行相反的输出来实现。

典型的BLVDS应用中,需要使用LVCMOS制式,并外部添加电阻。
其中Rs1 = Rs2 = 40欧,Rp = 80欧。

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MINI_LVDS
如果要使用该电平,VCCIO则必须供电1V8或者2V5.
VICM为1.2V,VIDMIN为200mv。

VOCM为1.2V。
VODMIN为300mv,VODTYP为450mv。

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PPDS
如果要使用该电平,VCCIO则必须供电1V8或者2V5.
VICM为0.9V,VIDMIN为100mv。

VOCM为0.95V。
VODMIN为100mv,VODTYP为250mv。

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RSDS
如果要使用该电平,VCCIO则必须供电1V8或者2V5.
VICM为0.9V,VIDMIN为100mv。

VOCM为1.2V。
VODMIN为100mv,VODTYP为350mv。

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TMDS
如果要使用该电平,VCCIO则必须供电3V3.
VICM为2.965V,VIDMIN为150mv。

VOCM为VCCIO-0.3V。即3V。
VODMIN为400mv,VODTYP为600mv。

注意,TMDS是open drain输出的。
内部没有端接,所以需要添加外部1K电阻上拉。

推荐在接收端,添加50欧上拉到VCCIO。

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VCCADC,
为1.8V。
VREFP,为1.25V,
VREFN,为0V。

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HSSTAVCC,为1.0V,
HSSTAVCC_PLL,为1.0V,
HSSTAVCCPLL,为1.2V,

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HSST_VDINPP ,
AC耦合时,数据输入的摆幅,最小为150mv。

HSST_VDIN,
DC耦合时,数据输入的电压范围,最大为HSSTAVCC,即1.0V,

HSST_VICM,
DC耦合时,数据输入的共模范围,典型为0.75HSSTAVCC,即0.75V,

HSST_VDOUTPP,
数据输出的摆幅,最大为HSSTAVCC,即1.0V,

HSST_VOCMDC,
数据输出的DC耦合时,共模电压。建议为0.5HSSTAVCC到0.75HSSTAVCC之间。

HSST_VOCMAC,
数据输出的AC耦合时,共模电压。为0.5HSSTAVCC。

HSST_VRCLKPP,
时钟输入的摆幅,典型为350mV。

推荐使用AC耦合,尽量不要使用DC耦合,
AC耦合,使用100nF的电容,并靠近RX放置。

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LVDS制式,具有ODT。
所以,设计时,不要在板上添加端接电阻,以免画蛇添足。

HSTL制式,具有ODT。
所以,设计时,不要在板上添加端接电阻,以免画蛇添足。

SSTL制式,具有ODT。
所以,设计时,不要在板上添加端接电阻,以免画蛇添足。

HSST_REFCLK,具有ODT,
所以,设计时,不要在板上添加端接电阻,以免画蛇添足。

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VREF,
每个BANK有两个独立的输入引脚,用于VREF。

每个Bank,都具有内置的参压生成电路。所以也可以使用内置的参压。
内置的参压,可以通过编程来设置参压的电压值。

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ADC
VCCADC,需要使用1V8。如果不用ADC,可以接到VCCA,即1V8。

VAADC_P,不使用时,推荐使用0欧下拉到地。
VAADC_N,不使用时,推荐使用0欧下拉到地。

VAA[15:0]_P,不使用时,推荐使用0欧下拉到地。
VAA[15:0]_N,不使用时,推荐使用0欧下拉到地。

VREFADC_P,不使用时,推荐使用0.1uF接到地。
VREFADC_N,不使用时,推荐直接接到地。

TSDP,温度二极管的Anode,不使用时,推荐使用0欧下拉到地。
TSDN,温度二极管的Cathode,不使用时,推荐使用0欧下拉到地。

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HSSTLP

HSSTAVCC,
1V电源轨,不使用时,推荐悬空,并使用0欧,预留接入1V的搭桥。

HSSTAVCCPLL,
1V2电源轨,不使用时,推荐悬空,并使用0欧,预留接入1V2的搭桥。

HSSTRREF,
RREF的接口,使用时,用200欧上拉到HSSTAVCC。
不使用时,推荐使用0欧下拉到地。

HSSTREFCLK_P,
HSSTREFCLK_N,
推荐使用AC耦合,100nF。
不使用时,推荐悬空。

HSSTTX_P,
HSSTTX_N,
推荐使用AC耦合,100nF。
不使用时,推荐悬空。

HSSTRX_P,
HSSTRX_N,
推荐使用AC耦合,100nF。
不使用时,推荐接地。

注意,如果使用PCIE硬核,则必须限制在QR3中。

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降低功耗

为了降低功耗,添加了上下拉电阻,用来确位的IO,要么设置为HIGHZ,要么设置为确位值。

减少bank的使用,可以降低功耗。不用的bank,其VCCIO可以悬空,
但是推荐连接到一个退耦电容,然后使用0欧电阻搭桥到一个电压轨上去。

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BANK中的管脚输出特性

每个BANK,有2个单端IO,以及24对差分IO,共计50个IO。

单端IO具有较差的延时抖动特性,所以,不要使用2个单端IO来输出时钟。
如果要输出时钟,应使用差分IO中的P端,来输出时钟。
由于P端和N端之间,无法做到很好的隔离,所以,当P端用作输出时钟时,会产生较强的串扰,此时,N端尽量不要用做输入,以免由于串扰引入误判。
推荐将N端悬空,不使用,
如果需要使用N端,则分配为普通的低速输出IO。

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