基于集成CPLD的LVDS串并转换极简光端机参考设计方案
作者：Robin 浏览： 发表时间：2026-06-23 00:00:00 来源：AGM
一、方案概述
本方案针对传统光端机'CPLD+独立串化器/解串器'架构器件多、成本高、布局复杂的痛点，提出基于内置CPLD的MCU+极简外围器件的全新架构，通过CPLD逻辑完成LVDS串并转换核心功能，省去专用串化器、解串器等外围器件，在保证150Mbps稳定传输的前提下，实现成本降低、设计简化与性能提升的多重优化。方案仅保留核心逻辑设计部分，原参考设计中用于功能验证的MCU串口等软件模块可直接省略，仅需提取logic目录下serializer.v与deserializer.v两个核心逻辑文件用于CPLD开发。
二、核心原理与架构设计
2.1 串并转换原理
LVDS（低压差分信号）是高速传输常用的差分信号技术，本方案核心通过CPLD逻辑实现SerDes功能：
l **Serializer（串行器，对应文件serializer.v）：发送端将多路低速并行输入数据，转换为高速串行LVDS差分信号，通过光纤媒介实现传输，减少传输线路与引脚占用，提升抗干扰能力
l **Deserializer（解串器，对应文件deserializer.v）：接收端将高速串行LVDS信号转换回低速并行数据，供后端处理模块使用。
2.2 整体硬件架构
本方案采用极简双芯片架构，相比传统架构减少30%-40%核心器件：
本方案仅保留上述核心器件，完全省去传统方案中独立串化器、解串器、外挂CPLD等外围器件，大幅简化PCB设计。
三、核心逻辑设计要点
3.1 串行器（Serializer）设计
serializer.v核心实现并行转串行功能，针对CPLD特性做了逻辑优化：
l 采用DDR双沿触发技术，偶数位数据在时钟上升沿锁存，奇数位在下降沿锁存，提升带宽利用率
l 支持添加帧起始验证字，方便接收端进行帧同步识别，可适配视频传输等场景的帧格式要求
l 逻辑适配CPLD宏单元结构，资源占用低，适合小容量CPLD实现
3.2 解串器（Deserializer）设计
deserializer.v核心实现串行转并行功能，关键设计点：
l 集成时钟数据恢复逻辑，可从串行数据流中提取同步时钟，保证采样准确性
l 支持眼图中心采样对齐，提升信号完整性与接收稳定性
l 输出分组重组为标准并行数据位宽，可直接对接后端光端机数据处理模块
四、方案优势
4.1 成本优势
l 核心器件数量减少30%-40%，省去专用串化器解串器，直接降低BOM采购成本，整体方案成本降低30%以上
l PCB布局简化，减少板层数与面积占用，降低制造成本
l 器件焊接点减少，降低生产不良率，减少后期维护成本，长期运维成本降低50%以上
4.2 性能优势
l AG32内置2K CPLD逻辑资源，相比传统外挂小容量CPLD资源更丰富，支持更复杂的信号处理与接口扩展
l 片上集成架构消除芯片间通信延迟，提升传输响应速度，保障150Mbps速率下稳定收发，整体性能提升15%以上
l 器件数量减少降低信号干扰，提升信号完整性与系统整体可靠性
4.3 设计优势
l 逻辑独立，仅需复用核心Verilog文件即可完成CPLD移植，MCU验证部分可完全省略，适配纯CPLD设计需求
l AG32提供32/48/64/100引脚多种封装，可适配不同体积要求的光端机产品
l 支持功能定制开发，可根据不同场景需求调整接口与传输协议，适配安防、工业、FPV等多领域应用
五、验证与移植说明
原参考设计中集成MCU功能仅用于收发数据功能验证，纯CPLD开发时可按以下方式处理：
1. 仅提取logic目录下serializer.v与deserializer.v两个核心逻辑文件添加到CPLD工程
2. 省略所有MCU软件、串口通信相关代码模块，无需集成控制软件
3. 建议先对两个核心模块分别做功能仿真，验证串并转换功能正确后再集成到整体光端机系统
4. 硬件设计时注意LVDS差分线阻抗匹配控制，保证100Ω差分阻抗，提升传输稳定性
六、适用场景
本方案可广泛适配多种光端机产品开发：
l 安防监控模拟/数字视频光端机
l FPV无人机光纤传输光端机
l 工业控制数据/视频传输光端机
l 电力调度光纤通信光端机
l 短距离数据中心互联光模块接口
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