Versal:单端、差分、伪差分IO区别(小白直通车)
前言:
VersalM IO功能集包括可编程的输出强度和上升/下降速率控制、片上终端电阻,以及能够内部生成参考电压(INTERNAL_VREF)。某些Versal包含XPIO BANK,其中包含54个IO引脚,能够实现单端和差分I/O标准。XPIO BANK支持在1.0V至1.5V之间供电的高速接口。某些Versal包含HDIO BANK,能够与1.8V至3.3V的电压等级进行接口连接。HDIO BANK包含22个IO引脚,能够实现单端I/O标准和差分I/O标准。某些Versal包含X5IO BANK。X5IO BANK能够容纳像DDR5和LPDDR5/5X这样在1.0V至1.2V之间供电的高速接口。每个IO I/OB资源包含输入、输出和三态驱动器。IO引脚可以配置为各种I/O标准,包括单端和差分标准。
注:Versal不同于UltraScale+没有外部参考电压管脚。
单端
单端输入/输出标准包括例如LVCMOS、LVTTL、HSTL、SSTL、HSUL、LVSTL 和 POD等。
例如,伪差分标准包括差分HSTL、POD、HSUL、LVSTL 和SSTL。
LVDS是真正的差分标准。
注:这里简单描述一下单端,伪差分和真差分概念及区别。
单端:单端信号(single-end)是相对于差分信号而言的,单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成,参考端一般为地端。

伪差分
为了既有差分输入的优点又有单端输入简单的优点,还有一种伪差分输入,通过把信号地连到ADCIN-端实现一种类似差分的连接。伪差分(Pseudo-differential)信号连接方式减小了噪声,并允许在仪器放大器的共模电压范围内与浮动信号连接.在伪差分模式下,信号与输入的正端连接,信号的参考地与输入的负端连接。伪差分输入减小了信号源与设备的参考地电位(地环流)不同所造成的影响,这提高了测量的精度。伪差分输入与差分输入在减小地环流和噪声方面是非常相似的,不同的方面在于,差分输入模式下,负端输入是随时间变化的,而在伪差分模式下,负端输入一定仅仅是一个参考。计算公式:当(Vsig-Vref)>Vth(阈值)时,为高电平,否则相反。这里的Vref为参考端地,不是“参考电压”,Vth才是以往的“参考电压”。
通俗的讲:在设备A和设备B之间,由于电缆电阻或环境干扰,两者的“地”电位可能并不相等(例如A的地是0V,B的地因为干扰变成了0.5V)。普通单端:接收方会把0.5V的干扰直接叠加在信号上,导致逻辑判断错误。伪差分:接收方不仅接收信号线,还专门拉一根线连接发送方的“地”(Vref)。如果干扰让地电平抬升了0.5V,那么信号线和参考线会同时抬升0.5V。结果:两者相减(Vsig+0.5V)-(Vref+0.5V),干扰被抵消,依然能准确提取出原始逻辑信号。

真差分
差分(Differential)是将单端信号进行差分变换,输出两个信号,一个和原信号同相,一个和原信号反相。差分信号有较强的抗共模干扰能力,适合较长距离传输,单端信号则没有这个功能。差分输入时,是判断两信号线的电压差。
信号受干扰时,差分的两根线会同时受到影响,但电压差变化不大。而单端输入的一线变化时,GND不变,所以电压差变化较大。
计算公式:当V+>V-时,差值Vdiff=(V+)-(V-)为正数,只要这个正数大于Vth,为高电平1,否则相反。


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